Ngày đăng:
22 | 09 | 2009
Khoảng không tạo nên từ quá trình khí hóa than dưới lòng đất UCG có thể khiến cho lớp đất trên bề mặt bị sụt, lún. Song hiện tượng này sẽ bớt lo ngại hơn nếu các vỉa than nằm sâu trong lòng đất.
Trữ lượng than trên toàn thế giới vô cùng dồi dào. Nhưng nếu như không có các biện pháp làm than sạch hơn và rẻ hơn - có thể biến đổi than thành khí ga hoặc khí đốt hóa lỏng, than dường nhưng khó trở thành một nguồn thay thế nguồn dầu và khí ga tự nhiên đang cạn dần. Khai thác than là một công việc nguy hiểm. Đốt than gây ô nhiễm. Mặt khác, khối lượng lớn than ở quá sâu trong lòng đất hoặc có chất lượng quá thấp rất khó có thể khai thác một cách hợp lý.
Bản đồ các địa điểm khai thác than bằng công nghệ UCG, bao gồm cả những khu
vực đã được lập kế hoạch khai thác và các khu vực thử nghiệm trước. Các địa điểm
được đánh dấu là Centralia, Washington, Hoe Creek, Wyoming (Mỹ); Chinchilla,
Australia; và Angren, Uzbekistan - nơi có một nhà máy khai thác UCG đã hoạt động
được 50 năm. Các khu vực màu xám đánh dấu những khu vực có tiềm năng lưu trữ
khí carbon địa chất.
Ngày nay, chưa đầy 1/6 lượng than trên thế giới có thể sử dụng được một cách kinh tế. Khai thác than bằng công nghệ khí hóa dưới lòng đất (UCG) - biến than thành chất khí trong lòng đất - về cơ bản có thể giúp khai thác thêm trữ lượng than thích hợp và biến than trở thành một loại nguyên liệu sạch và tiết kiệm.
Trong thời kỳ đầu của UCG, công nghệ này không mấy được tin tưởng tại Mỹ. Cách thức khai thác này đã sản sinh ra một lượng khí đốt kém chất lượng kèm theo quá nhiều khí hydro. Chính vì vậy, công nghệ này bị xem như một hiểm họa môi trường. Nhưng giờ đây, các nước giàu trữ lượng than đang nghĩ đến việc thay thế lượng dầu nhập khẩu bằng các nguồn năng lượng an toàn ngay tại nước mình, sản xuất khí đốt từ hydro, và tìm kiếm các biện pháp để giảm thiểu hiệu ứng nhà kính. Họ trở lại với UCG và khai thác những tiềm năng của công nghệ này.
Tại Mỹ, than đá cung cấp khoảng 50% điện năng trên toàn quốc, bởi vì đây là nguồn nhiên liệu rẻ nhất. Than đá có thể được khí hóa hoặc hóa lỏng để sản xuất nhiên liệu cho ngành vận tải, khí ga tự nhiên, hoặc nguyên liệu để chế biến. Việc chuyển đổi từ than đá-thành-chất-khí và than đá thành-chất-lỏng sẽ trở nên phổ biến.
Ứng dụng công nghệ UCG được cải tiến để khí hóa than đá ở dưới các tầng sâu, thưa thớt có thể cho phép khai thác trữ lượng than ngày càng lớn hơn. Than đá có thể được chuyển đổi thành chất khí với nhiều mục đích sử dụng khác nhau, và đặc biệt hạn chế quá trình giải phóng khí sulfur, nitrous oxides, thủy ngân. "UCG có thể giúp tăng trữ lượng than khai thác được tại Mỹ lên tới 300-400%" - Julio Friedmann, người đứng đầu Chương trình quản lý Carbon của công ty Livermore cho biết. Một lợi ích khác của UCG là lượng khí hydro được dùng để sản xuất một nửa tổng sản lượng khí đốt.
Với quá trình đốt cháy khí hydrocarbon, UCG sản sinh ra lượng carbon dioxide (CO2). Nhưng, tương ứng với các khu vực có khả năng triển khai công nghệ này là những địa điểm có có thể cô lập được một lượng vô cùng lớn khí CO2 trong quá trình hình thành địa chất dưới lòng đất. UCG cũng tăng khả năng lưu trữ các lượng khí CO2 trong các chính các vỉa than. Lượng khí thoát ra cùng lúc đó có thể được hút ra khỏi lòng đất và những phụ phẩm sẽ được tách ra. Khí CO2 sau đó có thể được đưa lại xuống các lỗ trống lòng đất gần đó.
Mô hình khai thác than theo công nghệ khí hóa dưới lòng đất.
Ưu thế của UCG
UCG có nhiều ưu thế, cả về tài chính và môi trường, hơn hẳn so với các phương pháp khai thác than truyền thống hoặc khai thác bằng khí hóa thông thường (trên mặt đất).
* Lợi ích tài chính
Nguồn vốn và chi phí cho UCG thấp hơn so với phương pháp khai thác truyền thống
Giảm chi phí xây dựng nhà máy - Không áp dụng công nghệ khí hóa trên mặt đất (nên không thải CO2 ra môi trường)
Các phụ phẩm được dẫn vào đường ống trực tiếp, giảm chi phí xây dựng hạ tầng như đường xá...
Chi phí hoàn thổ thấp hơn do chất thải rắn được giữ lại trong lòng đất
Sản xuất các chất hóa học, như phân bón, ammonia (dùng trong tủ lạnh và làm chất nổ)
Tổng hợp nên các nhiên liệu lỏng với giá vào khoảng 20USD/ thùng
* Lợi ích đối với môi trường
UCG có thể không cần tới nguồn nước bên ngoài để hoạt động
Hạn chế giải phóng khí thải ra môi trường, vì khí hóa trong UCG được thực hiện trong lòng đất, theo đó sẽ giảm thiểu chi phí quản lý môi trường.
Tỷ lệ các hạt phát sinh chỉ bằng một nửa so với khai thác trên mặt đất, vì chúng được giữ lại trong lòng đất.
Tránh được nhiều tác động lên bề mặt như bụi, tiếng ồn và cảnh quan.
Ít nguy cơ ô nhiễm nguồn nước trên bề mặt
Hạn chế giải phóng khí mêtan - khí tại các vỉa than được thu lại trong quá trình khai thác, nên không bị lẫn vào không khí như trong các công nghệ khai thác thông thường.
Khu vực khai thác không bị bẩn
Không phải đãi than tại khu vực khai thác
Phần lớn bề mặt ở khu vực khai thác ít có nguy cơ bỏ hoang
UCG cũng gây ô nhiễm nếu....
Một khu khai thác thử nghiệm sẽ đưa ra các dữ liệu quan trọng về các mô hình môi trường. Mặc dù hầu hết các thử nghiệm UCG hồi thập kỷ 70 tại Hoe Creek, Wyoming không gây để lại các ảnh hưởng đáng kể lên môi trường, nhưng tại khu thử nghiệm ở Carbon County, Wyoming (Mỹ) lại làm nguồn nước ngầm bị ô nhiễm.
Tại Hoe Creek, quá trình đốt nóng trong các hang động với áp suất cao hơn so với các vỉa đá phụ cận đẩy các chất gây ô nhiễm ra khỏi các hang động, đưa benzene, carcinogen (một loại chất gây ung thư) vào dòng nước ngầm. Quá trình ô nhiễm tiêu tốn rất nhiều thời gian và tiền bạc để hoàn thổ tại các khu vực đã qua sử dụng.
Mô hình nước ngầm được sử dụng để mô phỏng kịch bản giả thuyết các chất độc di chuyển trong
lớp ngậm nước có bề mặt đồng nhất - bên trên vỉa than khai thác theo công nghệ khí hóa.
Mô hình kết hợp dòng chảy, sức nóng, khối lượng và mật độ để tính toán những thay đổi trong
phân bổ về thời gian và không gian mà các chất độc sinh ra do quá trình khí hóa. Trong trường
hợp đơn giản này, sức nóng và các nguồn chất độc được mô hình hóa tại một điểm đốt, và các
tỉ lệ lưu lượng nước ngầm được tối thiểu hóa để làm nổi bật hiệu ứng nổi trên chùm chất độc.
Các quá trình chất độc tích tụ với nhau qua thời gian đều được hiển thị rõ, từ bên trái phía trên
xuống bên phải phía dưới (màu tía là thấp nhất, đỏ-cam là cao nhất)
Kể từ các cuộc thí nghiệm phát hiện ra các vấn đề trên hồi thập kỷ 70, các nhà khoa học môi trường đã nghiên cứu rất nhiều về các hoạt động và các dạng hợp chất gây ô nhiễm do UCG tạo nên, cũng như quá trình ô nhiễm và đánh giá hiểm họa đối với môi trường. Một số biện pháp phải được tiến hành để giảm thiểu ô nhiễm. Một là, cân đối các điều kiện để giảm thiểu các chất độc hại di chuyển từ các khu vực bị đốt với áp lực quá cao. Một biện pháp khác là, khi định vị khu vực khai thác theo công nghệ khí hóa, phải chọn những nơi có địa chất tự nhiên bảo đảm cho việc cô lập khu vực bị đốt khỏi các vỉa đá phụ cận.
Điều cốt yếu là phải cô lập khu vực khai thác khỏi các nguồn nước ngầm hiện có hoặc sẽ hình thành sau đó và. Đồng thời hiểu rõ UCG tác động như thế nào lên địa chất thủy văn trong vùng. Trong dự án Chinchilla, yếu tố này đã đem lại hiệu quả đáng kể. "Chinchilla là một ví dụ điển hình về cách thức xây dựng một khu khai thác và vận hành nhà máy UCG" - Friedman cho biết. Tại đây, các chất độc đã được giữ lại trong lòng đất, không thể bay ra khỏi các lỗ hổng.
Nhóm của nhà hóa học, khoa học môi trường của Anh Elizabeth Burton đã thiết kế các mô hình chi tiết đầu tiên minh họa lưu lượng và sự di chuyển của chất độc trong quá trình vận hành UCG. "Các tiêu chuẩn của mô hình thủy học được sử dụng cho việc đánh giá về môi trường không bao quát được tác động toàn diện của hoạt động UCG" - bà Burton nói. UCG đòi hỏi sự mô phỏng hợp nhất để có thể nắm bắt được các quá trình địa hóa học, địa cơ học, địa thủy học phức tạp trong suốt quá trình đốt cháy.
Một lo ngại nữa về mặt môi trường là khoảng không tạo nên từ quá trình khí hóa có thể khiến cho lớp đất trên bề mặt bị sụt, lún. Sụt, lún là vấn đề rất đáng lo ngại nếu như quá trình khí hóa diễn ra ở một vỉa than nông, sát với mặt đất. Hiện tượng này sẽ bớt lo ngại hơn nếu như các vỉa than nằm sâu trong lòng đất..
Tiềm năng của UCG sau khi cải tiến đã được công nhận trên quy mô toàn cầu, nhưng tương lai "chín muồi" của công nghệ này vẫn phụ thuộc rất nhiều vào thành công của các thử nghiệm đang được tiến hành.
Để thành công, phải có các công cụ phù hợp để ước định được tính bền vững của nền kinh tế một cách đúng đắn và các hệ quả đối với môi trường khi sử dụng UCG trong mọi giai đoạn, từ khi lên kế hoạch cho tới khi khai thác và hoàn thổ.
* Thu Lượng (tổng hợp)