Công nghệ sạch trong khai thác than

CÔNG NGHỆ SẠCH TRONG KHAI THÁC THAN Mrinal K.Ghose, Ph.D, D.Sc. Bộ môn Khoa học và kỹ thuật môi trường Trường Mỏ Ấn độ, Dhanbad-826004 2007: Al Gore và Ban hội thẩm liên chính phủ về biến đổi khí hậu (Chủ tịch TS. Rajendra K. Pachauri) giành giải Nobel hòa bình năm 2007 vì những cố gắng truyền bá kiến thức về ấm lên của trái đất Mức carbon dioxide trong khí quyển đạt 390 phần triệu (ppm). Al Gore & Dr Rajendra K. Pachauri , IPCC Thực hiện: ngày hành động môi trường lan rộng nhất trong lịch sử hành tinh” với Tâp hợp lại, banners on the Easter Island states, Trình diễn dưới nước, Sử dụng xe đạp, v.v… Nhà khoa học tóp đầu NASA James Hansen – nói rằng chúng ta có rất ít thời gian để giảm giá trị này : 390 ppm Phòng họp dưới nước tại Maldives, 17 tháng 10, 2009 Cơ chế phát triển sạch Cơ chế phát triển sạch bao gồm sản xuất bền vững và tạo ra quá trình, hệ thống sử dụng năng lượng không ô nhiễm. Bảo tồn bao gồm sử dụng năng lượng có hiệu quả kinh tế mà lại an toàn cho công nhân, cộng đồng và người tiêu dùng. Tiêu thụ bền vững là một sự lựa chọn, sử dụng và thải bỏ sản phẩm và dịch vụ bằng cách có thể bảo tồn năng lượng và vật liệu Nó giảm thiểu sự cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, tránh chất độc hại, nguy hiểm, và nâng cao chất lượng cuộc sống người tiêu thụ Giống như sản xuất bền vững, tiêu thụ bền vững bao gồm đảm bảo nhu cầu hiện tại mà không làm tổn hại khả năng của thế hệ tương lai * Tiêu thụ năng lượng sơ cấp và tiêu thụ năng lượng đầu người * * 16TH CONVENTION OF INDIAN GEOLOGICAL CONGRESS, FEB 2-4 2009 Về bài viết này Bài viết này bắt đầu bằng việc thảo luận về nhu cầu năng lượng. Tiếp đến sẽ giải thích tóm tắt cơ chế dẫn đến biến đổi khí hậu. Cũng sẽ mô tả một số điều khoản chìa khóa của Công ước khung của Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu và Nghị định thư Kyoto nhằm kiềm chế sự nóng lên toàn cầu. Những thảo luận tiếp theo sẽ nhấn mạnh vào sự tác động của biến đổi khí hậu trong ngành năng lượng và giải pháp kỹ thuật để ứng phó * Kiểu nào cho sự phát triển? Kiềm chế khí nhà kính không có nghĩa là làm chậm kinh tế. Một cơ chế phát triển sạch (CDM) đã được đề xuất theo điều 12 Nghị định thư Kyoto Đã có sự thay đổi hướng tới sản xuất năng lượng ít tác động đến môi trường suốt chu trình tồn tại (sống) của nó. Đến 2015, Trung Quốc và Ấn Độ sẽ chiếm 25% kinh tế thế giới. Câu hỏi đặt ra là kiểu phát triển nào là đáng tin cậy? Thách thức nằm ở phát triển kinh tế phải tính đến suy thoái môi trường. * Nhu cầu năng lượng Chúng ta biết rằng ngành năng lượng đóng vai trò cốt yếu trong phát triển kinh tế. Trong tổng năng lượng tiêu thụ, ước tính 35% từ nguồn truyền thống như củi, rơm rạ, phân gia súc,…. Phần khác, 65% là năng lượng thương mại gồm than, dầu, khí đốt, năng lượng hạt nhân và năng lượng tái tạo. Một phần của các nguồn năng lượng khác nhau trong tiêu thụ năng lượng thương mại sơ cấp của quốc gia là than và than non. Chúng được dùng nhiều trong sản xuất điện (75%), nhà máy thép (6,2%), sản xuất xi măng (3,6%), ngành công nghiệp khác và sản xuất gạch (15,2%) . Dầu mỏ và khí đốt tự nhiên được dùng nhiều trong giao thông Hiện có nhu cầu lớn về năng lượng của quốc gia và nó tăng từng năm một. * Mục tiêu An toàn năng lượng có nghĩa là đảm bảo rằng quốc gia có thể cung cấp năng lượng cho tất cả công dân trong suốt cuộc đời. Tuy nhiên, đốt nhiên liệu hóa thạch có thể gây nên sự suy giảm môi trường kể cả sự nóng lên toàn cầu. Nóng lên toàn cầu được cho rằng sẽ gây hàng loạt tác động tiêu cực, như: phá hủy dây chuyền thức ăn, đặc biệt là sinh vật biển và tăng rủi ro dẫn đến tuyệt chủng các loài. Mục tiêu của bài giảng là thảo luận về tác động của nóng lên toàn cầu và thảo luận về công nghệ sạch cho khai thác than * Tăng nhu cầu năng lượng Than là nguồn năng lượng sơ cấp chính ở châu Á Thái Bình Dương, nơi có dân số cao nhất Tỷ số Bảo tồn trên Khai thác (R/P) được quan tâm ở những khu vực chính của trái đất đặc trưng cho sinh tồn của các nhiên liệu hóa thạch khác nhau trên trái đất Hiện có một sự thật là dầu và khí chỉ còn giới hạn khai thác 41 và 67 năm với mức khai thác hiện nay. Mặt khác, thế giới có trữ lượng than đủ trong 190 năm với mức khai thác hiện nay. Tiếp đến là, do nguồn dầu và khí có giới hạn, các quốc gia sẽ phụ thuộc vào than trong tương lai để đáp ứng nhu cầu năng lượng. * Trữ lượng các nguồn năng lượng Sản xuất dầu thế giới                                                                                                                                         Tìm kiếm nguồn tài nguyên: Dầu North America South America Europe Africa Middle East Asia Oceania RESERVES 148 Gt PRODUCTION 3.5 Gt/year CONSUMPTION 3.5 Gt/year R/P RATIO 41.2 years 34 11 42 15 91 19 9 North America South America Europe Africa Middle East Asia Oceania RESERVES 148 Gt PRODUCTION 3.5 Gt/year CONSUMPTION 3.5 Gt/year R/P RATIO 41.2 years 34 11 42 15 91 19 9 Tổng trữ lượng dầu (2005) – 1.2 tỷ thùng Điều tra nguồn năng lượng: Khí tự nhiên North America South America Europe Africa Middle East Asia Oceania RESERVES 171 tcm PRODUCTION 2.6 tcm/year CONSUMPTION 2.6 tcm/year R/P RATIO 59.8 years 70 9 57 56 >100 40 29 Điều tra nguồn năng lượng: than North America South America Europe Africa Middle East Asia Oceania RESERVES 909 Gt PRODUCTION 4.8 Gt/year CONSUMPTION 4.8 Gt/year 50 255 20 258 247 0.4 79 Bình luận chính Tỷ số R/P đối với nhiên liệu hóa thạch : Dầu 40 năm Khí tự nhiên 60 năm Than 200 năm Đóng góp không đồng đều các nguồn chiến lược trên thế giới Khu vực tiêu thụ không trùng với vùng sản xuất. Những phát hiện mới về dầu không sẵn sàng trên thế giới. Không thiếu các nguồn năng lượng trên trái đất Phát thải CO2 từ các nước CHU TRÌNH DẦU – DIESEL CO2 13 pounds CO2 hóa thạch thoát ra khi đốt một thùng Khai thác Lọc dầu CO2 hóa thạch thoát ra khí quyển 27.12.2008 NESA XXI Annual Conference Phát thải CO2 và dự báo Source- From E. Macchi, Politechnico di Milano Chu trình toàn cầu Thực vật Khí quyển Đất Đại dương Nhiên liệu hóa thạch Có thật không? Làm sao biết được? Tại sao cần quan tâm? Vì sao các nhà khoa học tin? Gì nữa đây—Chúng ta cần làm gì? BiẾN ĐỔI KHÍ Hệ sinh thái Bắc cực và ngoài Bắc cực sẽ bị tiêu diệt Sự cạn kiệt sẽ làm tăng tác động của biến đổi khí hậu Những đỉnh điểm nguy hại :Tan lớp băng ở Greenland Có thể làm tăng mực nước biển 20 foot. Chuyển gió Sự nóng lên của các đại dương dẽ làm tăng tần suất bão và cuồng phong. HẠN HÁN Than-nguồn năng lượng sơ cấp Trên thế giới, than chiếm 26% lượng tiêu thụ năng lượng sơ cấp, trong đó ở Ấn độ, sự tiêu thụ than chiếm 46% năng lượng Trong công nghiệp điện năng, tiêu thụ than chiếm 36% trên toàn cầu, ở Ấn Độ là 65% Sự phát triển kinh tế Ấn Độ thúc đẩy sự gia tăng tiêu thụ năng lượng Tổ chức năng lượng thế giới dự đoán Ấn Độ sẽ đối mặt với nhu cầu năng lượng cao trong tương lai và bản thân than có thể đáp ứng được nhu cầu này. * 27.12.2008 NESA XXI Annual Conference Công nghiệp năng lượng điện- Tình hình tiêu thụ năng lượng trên thế giới và Ấn độ Thế giới Ấn Độ Năng lượng tái tạo được 7.7% Than 57.7% Dầu và khí gas 7.0% Thủy điện 25.3% NL Hạt nhân 2.8% Hiện tượng Trái đất ấm lên Nhiệt độ bề mặt trái đất trung bình có thể duy trì ở nhiệt độ phù hợp 150C do ảnh hưởng của hiệu ứng nhà kính CO2 hấp thụ lại bức xạ nhiệt từ trái đất vào khí quyển và bức xạ trở lại trái đất một phần Nếu không có hiệu ứng nhà kính này, nhiệt độ bề mặt trái đất sẽ chỉ khoảng –180C Hiện nay, hiệu ứng nhà kính gây nguy cơ biến đổi khí hậu Hầu hết các mô hình dự báo trái đất sẽ ấm dần lên ít nhất 3-5.50C trong vài thập kỷ tiếp theo. Tác động của hiện tượng trái đất ấm lên lượng mưa, sự phát triển thực vật, và mực nước biển có thể tăng lên khoảng 0.5-1.5 m Trồng cây xanh hấp thụ CO2 là một trong những biện pháp hữu hiệu trong giảm thiểu tác động của hiệu ứng nhà kính * Sự biến đổi khí hậu đã xảy ra trong tự nhiên bắt đầu từ khi trái đất hình thành cách đây 4.6 tỷ năm. Đã xảy ra nhiều thời kỳ ấm và lạnh xen kẽ có tính chu kỳ trong quá trình phát triển lịch sử trái đất Tác động của biến đổi khí hậu Khí hậu ấm dần lên sẽ ra tăng sự thải CO2 và CH4 từ các quá trình khử sinh học các hợp chất hữu cơ của vi khuẩn. Các thực vật và côn trùng, sâu bọ gia tăng hoạt động nhiều hơn trong điều kiện môi trường ấm hơn. Các quá trình mưa axít hình thành SO2 có thể làm trung hòa ảnh hưởng của các chất hiệu ứng nhà kính. Những hậu quả sự ấm lên toàn cầu trong 100 năm sắp tới có thể rất lớn. IPCC ước tính mực nước biển có thể tăng 65cm vào khoảng năm 2100 gây lên hiểm họa cho hàng triệu dân cư và diện tích đất chìm dưới mực nước biển. Đe dọa nhiều nhất đến các vùng đất thấp và có khoảng 60 quốc đảo có nguy cơ xóa sổ. Sự thay đổi nhiệt độ bề mặt có thể gây tác động đáng kể đến các chu kỳ nước và lượng mưa khu vwcjj, quá trình bay hơi và các hiện tượng bão lũ. * Các tác động ( tiếp) Tuy nhiên vấn đề này hết sức phức tạp và hàng loạt các giải phát đã được để ra. Vì sự tăng nhiệt độ không đồng nhất trên mọi khu vực của trái đất, và khu vực vùng cực đang diễn ra sự gia tăng nhiệt độ gấp 10-12 lần các vùng nhiệt đới. Vấn đề này sẽ gia tăng sự biến đổi gió, lượng mưa trong khu vực. Một số khu vực đất canh tác nông nghiệp trù phú có thể bị sa mạc hóa. Nhiệt độ cao hơn có thể làm tăng quá trình bay hơn/ thoát hơi nước, do đó tác động trở lại mực nước ngầm. Vì các đới khí hậu thay đổi từ xích đạo đến vùng cực, một số thực vật cũng có xu hướng biến đổi để thích nghi với điều kiện sống mới. Nhiều giống loài không biến đổi kịp sẽ chết đi và do đó gây ra mất nguồn gen. Số lượng côn trùng và sâu bọ sẽ gia tăng do điều kiện sống ấm phù hợp với sự sinh trưởng của nó, do đó gia tăng sự phát sinh các bệnh tật. * Nghị định thư Kyoto Nghị định thư Kyoto năm 1997 đã mang lại những thay đổi chiến lược đến các vấn đề ở hầu hết các nước công nghiệp Hiệp định của Tổ chức liên hợp quốc về vấn đề biến đổi khí hậu đã thông qua ở New York (5/ 1992) (UNFCCC) và được ký kết ở hội nghị thượng đỉnh Rio vào tháng 6/1992 Ấn Độ đã ký kết hiệp định vào tháng 11/1993 và sau khi ký kết lại, hiệp định có hiệu lực từ ngày 21/3/1994. Mục tiêu chính của UNFCCC là duy trì nồng độ khí gây hiệu ứng nhà kính (GHG) không tăng lên UNFCCC thực hiện hội nghị thành viên Conference of Parties (CoP) gồm các nhà lãnh đạo tối cao của các quốc gia tham gia nghị định Ở hội nghị CoP lần thứ nhất, các nước phát triển đã nhất trí đàm phán về lộ trình cắt giảm lượng thải CO2 trong khoảng thời gian 10-15 hay 20 năm. * 1997: Hội nghị quốc tế tại Nhật Bản đã đưa ra Nghị Định Thư Kyoto bao gồm các mục tiêu giảm thiểu lượng khí gây hiệu ứng nhà kính nếu được thông qua và ký kết bới một số lượng đủ quốc gia 2005: Hiệp ước Kyoto được ký kết bới hầu hết các quốc gia công nghiệp trừ Mỹ 180 quốc gia Các vấn đề xung đột trong thực hiện Nghị định thư Kyoto Lượng phát thải CO2 từ đốt nhiên liệu hóa thạch trên đầu người ở Trung Quốc và Ấn Độ ở mức 2.76 và 1.16 tấn thấp hơn nhiều giá trị trung bình trên thế giới 3.9 tấn . Nghị định thư Kyoto đã được đàm phán ở hội nghị các bên lần thứ 3 vào năm 1997 và có hiệu lực từ 16/2/2005 Cho dù Mỹ là nước đóng góp tới 24% lượng phát thải do nhiên liệu hóa thạch toàn cầu với giá trị trên đầu người 20.1, hiện nay vẫn chưa phê chuẩn Nghị định thư Kyoto. Mỹ chối bỏ Nghị định thư Kyoto viện cớ rằng Trung Quốc và Ấn Độ thoát khỏi những ràng buộc của Nghị định thư. Nghị định thư quy định các nước công nghiệp phát triển phải giảm thiểu ít nhất 5% lượng khí gây hiệu ứng nhà kính dưới mức 1990 vào năm 2012 * Phát thải Cacbon Hiện tại chưa có những hạn chế lượng thải đối với các nước đang phát triển Phát thải CO2 , khí nhà kính chủ yếu liên quan chủ yếu đến sử dụng nhiên liệu hóa thạch, đặc biệt là than cho sản xuất năng lượng. Phát thải cacbon tăng khoảng 67% vào năm 2050 Dự đoán dài hạn cho lĩnh vực năng lượng Ấn Độ đên năm 2031-32 chỉ ra rằng lượng thải CO2 của Ấn sẽ tăng nhanh gấp 3.5 lần giá trị hiện tại trong vòng 25 năm tới. * Giảm phát thải khí nhà kính Sự gia tăng hiệu suất tiêu thụ, phân bố và sản xuất năng lượng. Phát triển các nguồn năng lượng thay thế. Bảo vệ và tăng cường các biện pháp lắng đọng CO2 trong các vỉa than và các hệ tầng địa chất ngầm bao gồm cả các mỏ dầu và khí Kinh doanh khí thải, thi hành các cơ chế phát triển sạch (clean development mechanism). Một cơ chế phát triển sạch (CDM) được thiết lập dưới điều khoản 12 của hiệp định Kyoto thông qua sự thực hiện liên kết giữa các quốc gia phát triển và đang phát triển trong các dự án về giảm thiểu khí nhà kính ở các nước đang phát triển. Sự đánh thuế sử dụng nhiên liệu hóa thạch, hỗ trợ sử dụng các thiết bị, nhiên liệu có hiệu quả năng lượng, khuyến khích sự chuyển đổi sang các dạng năng lượng có thể tái tạo được, v.v * Hiệp ước Copenhagen 2009 Đây là hội nghị các bên lần thứ 15 của UNFCCC, khung chương trình cho giảm thiểu biến đối khí hậu đến năm 2012 Hiệp ước nhận định rằng biến đổi khí hậu là một trong những thách thức lớn nhất và các hành động cần được tiền hành để giữ sự tăng nhiệt độ dưới 2°C Hiệp ước này không có những ràng buộc pháp luật và không ao gồm những cam kết ràng buộc trong giảm thiểu lượng thải CO2 Các đề xuất sớm hơn được đưa ra nhằm mục đích giảm sự gia tăng nhiệt độ dưới 1.5°C và giảm lượng CO2 phát thải khoảng 50% vào năm 2050. Hiệp ước không có sự ràng buộc tuy nhiên Tổng thống Mỹ cho rằng các nước nên chỉ ra hiệu quả đạt được. Ông nói rằng, nếu họ phải đợi một hiệp ước ràng buộc, sẽ chẳng có hành động nào được tiến hành * Công nghệ khai thác than Việc áp dụng các công nghệ khai thác có hiệu suất cao là cần thiết để đạt năng suất cao Các thiết bị lạc hậu nên được thay thế bằng các công nghệ hiện đại nhằm giảm thiểu chi phí hoạt động Các quá trinh bảo dưỡng cần được tiến hành theo quy định. Các hoạt động nên được kiểm soát bằng GPS Nhiều hoạt động nâng cao hiệu quả của các công nghệ khai thác mỏ lộ thiên cần được thực hiện theo tiêu chuẩn quốc tế. Các mỏ cơ giới hóa nên được thay thế cho các mỏ khai thác thủ công, nửa cơ giới hóa hiện nay. * Metan nằm trong lớp than(CBM) :Đồng lợi ích Công nghiệp CBM là sản phẩm tự nhiên của công nghiệp dầu mỏ. Metan là khí nhà kính mạnh, gây tác hại nhiều hơn khí CO2 do thời gian cư trú trong khí quyển ngăn hơn và mức độ ảnh hưởng nhiều hơn Metan là sản phẩm phụ của quá trình thành tạo Than. Metan được giữ lại trong các lớp than và thoát ra ngoài trong quá trình khai thác mỏ và sau khai thác. Metan gây nguy hiểm với các mỏ hầm lò. Nếu được thu gom có hiệu quả, metan nằm trong lớp than có thể là nguồn năng lượng tiềm năng đáng kể Than được hình thành do sự biến đổi sinh học của các hợp chất hữu cơ hóa thạch dưới áp suất cao. Trong quá trình thành tạo than, điều kiện kỵ khí dẫn đến sự thành tạo và giữ lại khí metan trong các vỉa than. * Khí hóa than dưới lòng đất Underground coal gasification  Các biện pháp thay thế cần được đề ra để chiết suất than có hiệu quả cao. Một trong những giải pháp đó là khí hóa than dưới hầm lò. Đó là phương pháp tận dụng khai thác các lớp sâu, và nguồn than không có giá trị kinh tế với chi phí thấp Khí hóa than dưới lòng đất có tiềm năng áp dụng cho các mỏ than xa bờ khi các phương pháp mỏ truyền thống không áp dụng được. Khí hóa than dưới lòng đất sử dụng một loạt các giếng khoan để chuyển đổi than thành khí, giảm giá thành và cải tạo mỏ. Công nghệ này dựa trên sự quản lý các thiết bị khí hóa dưới lòng đất mà không cần phải khai thác mỏ * Công nghệ than sạch Các công cụ than sạch có thể nhóm thành 4 nhóm chính: (i) Các công nghệ làm sạch than trước khi đốt bao gồm tăng lợi ích than (beneficiation of coal), khử sufua, pha trộn thêm hoặc đồng chất than (ii) Các công nghệ làm sạch trong quá trình đốt cháy than: đốt tầng sôi (fluidized bed), đốt theo tầng (staged combustion), lò đốt phát thải ít NOx , Các lò sôi có hiệu quả đốt cao v.v. (iii) Các công nghệ làm sạch sau khi đốt: khử sufua trong khí thải, khử Nito, các bộ xúc tác giảm thiểu NOx, plasma hoặc sử dụng các chất xúc tác chọn lọc (iv) Các công nghệ làm sạch tiên tiến là công nghệ chu kỳ khí hóa kết hợp (Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC)) trong tạo điện năng, * Kết luận Cần có các chính sách thích hợp ở các nước đang phát triển để giảm thiểu phát thải khí nhà kính Nhưng rất khó có thể giữ cho lượng phát thải toàn cầu ở dưới mức năm 1990 hay mức quy định của nghị định thư Kyoto Sự giảm phát thải khí nhà kính ở các nước đang phát triển không có nghĩa là giảm phát triển kinh tế và điều này hoàn toàn có thể thực hiện được Chúng ta cần ưu tiên tăng hiệu suất các quá trình sản xuất và sự dụng năng lượng, hỗ trợ cho các biện pháp sản xuất sạch hơn Mục tiêu cho các nước đang phát triển là đạt đến phát tiển bền vững ở mức địa phương và giảm thiểu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu Trong lĩnh vực sản xuất năng lượng, các giải pháp được lựa chọn là sản xuất sạch hơn, hiệu suất cao hơn như thu gom carbon, các chu kỳ kết hợp khí hóa tổng hợp (integrated gasification combined cycle), tấm pin năng lượng etc. Các cơ chế phát triển sạch được đề xuất ở đây có thể đạt được sự an toàn năng lượng trong nhiệm vụ phát triển bền vững * Thank you for your kind attention!! 27.12.2008 NESA XXI Annual Conference Climate Change ‘Climate change poses a great challenge to our development prospects…....we need global response, a national response and a local response’ -------Hon. Dr. Manmohan Singh Prime Minister of India  The most beautiful thing… Is to see a person smiling & Even more beautiful… Is knowing that you are the reason behind it. Be a reason for others to SMILE PROTECT OUR PLANET EARTH Thank you for your kind attention!!