Tin Kinh tế- xã hội  > Môi trường

Công nghệ điện than sạch: lời giải cho bài toán cân bằng lợi ích giữa tăng trưởng kinh tế và bảo vệ môi trường?

Cập nhật lúc: 17/09/2020 03:39:00 PM

Kể từ Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất, than đá đã trở thành nguồn năng lượng quan trọng của nhân loại. Nhu cầu sử dụng than để tạo năng lượng không ngừng gia tăng, đặc biệt là ở các quốc gia đang phát triển. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), hơn 1/3 sản lượng điện toàn cầu được tạo ra từ than đá, với khoảng 2.425 nhà máy nhiệt điện than. Các nhà máy nhiệt điện than tạo ra điện với giá thành rẻ, giúp tăng khả năng tiếp cận điện của các vùng kinh tế khó khăn, cải thiện chất lượng cuộc sống và giảm đói nghèo. Tuy nhiên, các nhà máy này cũng là tác nhân xả thải hàng tỷ tấn CO2 gây biến đổi khí hậu và ô nhiễm môi trường. Bài toán đặt ra với nhiệt điện than là làm sao để cân bằng lợi ích giữa tăng trưởng kinh tế và bảo vệ môi trường.

Loại bỏ than là điều không dễ dàng

Than đá đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của các ngành năng lượng trên thế giới, được ứng dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là sản xuất sắt, thép. Tuy nhiên, than đá lại là tác nhân gây ô nhiễm môi trường cao nhất trong các loại nhiên liệu hóa thạch. Theo IEA, các nhà máy nhiệt điện than đóng góp tới 30% lượng khí thải CO2 toàn cầu. Đốt than tạo ra các hạt vật chất siêu nhỏ (còn gọi là bụi mịn) và các chất độc hại như ôxit của nitơ (NOx) và lưu huỳnh (SOx). Các nhà máy nhiệt điện than thải ra lượng khí nhà kính khổng lồ làm trái đất nóng lên và biến đổi khí hậu, bao gồm cacbon điôxít (CO2) và khí mêtan (CH4). Tro than từ các nhà máy nhiệt điện chứa các chất độc hại như thủy ngân, chì, các kim loại nặng và bụi mịn gây ra nhiều loại bệnh cho cư dân trong vùng, từ khó thở đến hen suyễn, tổn thương não, các vấn đề về tim mạch, rối loạn thần kinh, ung thư và chết sớm.

Để loại bỏ tác động tiêu cực của khói than đến môi trường và sức khỏe con người và đạt được cam kết giảm phát thải CO2 theo Thỏa thuận khí hậu Paris, từ lâu các nhà hoạt động môi trường đã kêu gọi ngừng khai thác và sử dụng than. Trên thực tế, một số quốc gia phát triển trên thế giới đã ngừng sử dụng than đá để sản xuất điện như Thụy Điển, Áo, Bỉ. Theo Viện Kinh tế Năng lượng và Phân tích Tài chính (IEEFA), 6 quốc gia châu Âu khác cũng đang lên kế hoạch đóng cửa toàn bộ nhà máy nhiệt điện than trước năm 2025, bao gồm Pháp, Slovakia, Bồ Đào Nha, Anh, Ai-len và Italia. Trong khi đó, Hy Lạp, Phần Lan, Hà Lan, Hungary và Đan Mạch cũng đã lên kế hoạch ngừng sử dụng than để sản xuất điện trước năm 2030.

Ngừng sử dụng than là giải pháp tối ưu để loại bỏ các tác động tiêu cực của khói than đến môi trường và sức khỏe con người. Tuy nhiên, loại bỏ than là điều không dễ dàng ở các nước đang phát triển, nơi than đá được xem là nguồn nguyên liệu rẻ và phong phú. Theo World Coal Association (2019), các nhà máy nhiệt điện than cung cấp đến 38% sản lượng điện trên thế giới. Nhiệt điện than đóng vai trò vô cùng quan trọng ở các nước đang phát triển khu vực châu Phi cận Sahara và châu Á. Trong đó, nhiệt điện than tạo ra 94% sản lượng điện của Nam Phi, chiếm 70-75% nhu cầu điện của Trung Quốc và Ấn Độ.

Với giá thành rẻ hơn các loại năng lượng khác, nhiệt điện than cho phép người dân nghèo ở các nước đang phát triển tiếp cận năng lượng để phát triển kinh tế và xóa đói giảm nghèo. Trên thế giới hiện nay vẫn còn khoảng 1,3 tỷ người sống trong cảnh thiếu điện và nhiệt điện than được xem là phương án tối ưu để tăng tỷ lệ tiếp cận điện. Bên cạnh đó, điện cũng rất quan trọng trong sản xuất công nghiệp. Các nước đang phát triển phải dựa vào nguồn điện giá rẻ như nhiệt điện than để đẩy mạnh sản xuất, tăng trưởng kinh tế và hiện đại hóa đất nước. Theo đánh giá của Carbon Brief, sự bùng nổ của các nhà máy nhiệt điện than là nền tảng cho sự phát triển kinh tế thần kỳ của Trung Quốc, giúp quốc gia này vươn lên trở thành nền kinh tế lớn thứ 2 thế giới.

Không chỉ các nước đang phát triển phụ thuộc vào than, các nước phát triển nghèo tài nguyên như Nhật Bản cũng không thể loại bỏ than khỏi các hoạt động kinh tế. Nhật Bản hiện đang đứng thứ 5 thế giới về công suất lắp đặt nhiệt điện than, lên tới 46.682 MW, theo số liệu của Statista (2020). Năm 2018, các nhà máy nhiệt điện than cung cấp đến 32% sản lượng điện của Nhật Bản. Tổng số nhà máy nhiệt điện than hiện tại của nền kinh tế lớn thứ ba thế giới này là 140. Bộ trưởng Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp Nhật Bản Hiroshi Kajiyama cho rằng với một nước nghèo tài nguyên như Nhật Bản thì việc ngừng sử dụng than đá rất khó thực hiện. Các nhà máy nhiệt điện vẫn sẽ tiếp tục là nguồn cung cấp điện chính cho Nhật Bản trong tương lai. Để giảm thiểu tác động tiêu cực của các nhà máy nhiệt điện than đến môi trường, Nhật Bản lựa chọn giải pháp cải tiến công nghệ, giảm thiểu khí thải, thay vì đặt mục tiêu đóng cửa hoàn toàn các nhà máy nhiệt điện than như các quốc gia châu Âu.

Công nghệ sạch giảm thiểu ô nhiễm

Công nghệ sạch cho các nhà máy nhiệt điện than được xem là chìa khóa để cân bằng lợi ích giữa phát triển kinh tế và cải thiện môi trường ở các nước đang phát triển. Nhiệt điện than công nghệ sạch được hiểu là việc ứng dụng các giải pháp công nghệ để làm sạch than, xử lý khí thải trong quá trình đốt than. Một số công nghệ sạch đã được sử dụng phổ biến trong các nhà máy nhiệt điện than trên thế giới bao gồm công nghệ lọc sạch than trước khi đốt và công nghệ xử lý khí thải. Với công nghệ lọc than, than sẽ được rửa sạch và loại bỏ các tạp chất bằng cách nghiền nhỏ than rồi trộn với chất lỏng để tạp chất tách ra và lắng xuống dưới. Ngoài ra, công nghệ lọc bụi tĩnh điện cũng giúp các nhà máy nhiệt điện than loại bỏ các hạt bụi mịn gây hen suyễn và các bệnh hô hấp.

Để giảm thiểu khí thải độc hại khi đốt than, một số nhà máy kiểm soát quá trình đốt than bằng hệ thống lọc ẩm hoặc sử dụng hệ thống khử lưu huỳnh bằng khí thải để loại bỏ lưu huỳnh điôxít - tác nhân chính gây ra mưa axit. Hệ thống lọc ẩm hay còn gọi là tháp hấp thụ (Wet Scrubber) hoạt động trên nguyên lý phân tách các chất gây ô nhiễm từ pha khí vào trong pha lỏng. Khí thải được đưa vào tháp xử lý, tiếp xúc với dung dịch làm sạch. Thông qua sự tiếp xúc cường độ cao giữa khí thải và dung dịch làm sạch, các chất ô nhiễm được hấp thụ, trộn lẫn trong dung dịch và được loại bỏ.

Phương pháp khử lưu huỳnh sẽ dùng nước và đá vôi để phun vào khí thải. Hỗn hợp này phản ứng với lưu huỳnh điôxít tạo thành thạch cao tổng hợp, một nguyên liệu để làm vách thạch cao trong xây dựng. Một công nghệ khác cũng được sử dụng phổ biến trong các nhà máy nhiệt điện than để giảm thiểu ô nhiễm là lò đốt NO thấp. Bằng cách hạn chế oxy và điều khiển quá trình đốt cháy, công nghệ này sẽ giảm sự hình thành của các oxit nitơ - nguyên nhân chính làm suy giảm tầng ozon và làm gia tăng hiện tượng nóng lên toàn cầu.

Các công nghệ sạch đã ứng dụng mới chỉ đạt được mục tiêu giảm lượng khí thải và loại bỏ được một phần chất độc hại khi đốt than. Tham vọng của công nghệ sạch tương lai không chỉ là giảm thiểu mà phải ngăn chặn phần lớn chất độc hại xâm nhập vào môi trường, đặc biệt là giảm tối đa lượng khí thải CO2 ra bầu khí quyển để đạt được mục tiêu giảm thải CO2 theo Thoả thuận khí hậu Paris.

Công nghệ thu giữ, sử dụng và lưu trữ khí CO2 (gọi tắt là công nghệ CCUS - Carbon Capture, Utilisation and Storage) được Hiệp hội than thế giới (World Coal Association) đánh giá là chìa khoá để giảm lượng khí thải CO2 toàn cầu. CCUS là một bộ công nghệ tích hợp có thể thu giữ đến 90% lượng CO2 tạo ra từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch trong quá trình sản xuất điện, ngăn chặn CO2 xâm nhập vào khí quyển.

Công nghệ này gồm 3 bước chính: thu CO2 ngay tại nguồn phát thải, vận chuyển CO2 đến nơi lưu trữ, và lưu trữ CO2 ở một nơi xa khí quyển hoặc sử dụng CO2 cho các ngành công nghiệp khác như khai thác dầu và sản xuất vật liệu xây dựng. Công nghệ thu giữ CO2 bao gồm ba loại chính: thu giữ sau khi đốt than, thu giữ trước khi đốt than, và thu giữ khi đốt than bằng oxy. Sau khi tách được CO2 ra khỏi các loại khí thải khác, CO2 sẽ được nén hoặc hóa lỏng và đựng trong các thùng chứa an toàn để vận chuyển theo đường bộ hoặc đường thuỷ đến nơi lưu trữ. CO2 cũng có thể vận chuyển đến nơi lưu trữ hoặc nơi tái sử dụng CO2 cho các hoạt động sản xuất khác bằng đường ống.

Nơi lưu trữ CO2 ngoài yêu cầu xa bầu khí quyển còn phải đảm bảo chứa được CO2 được hàng trăm năm. Các nghiên cứu cho thấy, lòng đất và đáy đại dương là hai vị trí lưu trữ lý tưởng, với khả năng chứa tới 10 nghìn tỷ tấn CO2, tương đương với mức xả thải trong vòng 100 năm của con người. Ngoài lưu trữ, CO2 có thể sử dụng để tăng cường thu hồi dầu bằng công nghệ EOR. Với phương pháp này, khí CO2 được bơm vào các giếng dầu đã khai thác gần cạn kiệt, làm cho dầu dễ chảy hơn và có thể gia tăng tỷ lệ khai thác dầu. Công nghệ EOR đã được triển khai tại Mỹ từ 4 thập niên trước. CO2 cũng có thể sử dụng trong các ngành công nghiệp khác như xây dựng và sản xuất vật liệu. Cụ thể, CO2 có thể trở thành vật liệu làm bê tông xây dựng, chế tạo thành nhiều chất trung gian hoá học là nguyên liệu trong quy trình tạo ra hoá chất và nhựa. 

Công nghệ sạch có khả thi?

Các công nghệ sạch đang ứng dụng tại các nhà máy nhiệt điện than như lọc than, lọc bụi tĩnh điện, lọc ẩm, khử lưu huỳnh, lò đốt NO thấp chỉ giảm được một phần lượng khí thải, chưa đủ để đạt được mục tiêu giảm thải khí CO2 theo Thỏa thuận khí hậu Paris. Công nghệ thu giữ, sử dụng và lưu trữ khí CO2 (CCUS) được đánh giá là mang lại hiệu quả giảm thải tối ưu cho các nhà máy nhiệt điện than. Tuy nhiên, khả năng ứng dụng rộng rãi của công nghệ CCUS vẫn còn là chủ đề gây tranh cãi.

Năm 2003, Viện Than đá thế giới ước tính chi phí để thu và lưu giữ một tấn cacbon lên tới 150-220 đô la Mỹ (tương đương 3,5-5 triệu đồng). Chi phí cao khiến công nghệ CCUS khó triển khai trên quy mô rộng. Kể từ đó đến nay, nhiều dự án nghiên cứu đã được triển khai để tìm cách giảm chi phí triển khai CCUS. Nghiên cứu năm 2017 của Viện Sáng kiến năng lượng Hoa Kỳ cho thấy rất khó hạ chi phí triển khai CCUS do quá trình tách, bơm và nén CO2 tốn rất nhiều năng lượng.

Trên thực tế, công nghệ CCUS đã được áp dụng thí điểm tại một số nhà máy nhiệt điện than tại Mỹ và một số quốc gia trên thế giới như Trung Quốc, Canada. Nhà máy nhiệt điện than Boundary Dam ở Saskatchewan, Canada là một trong những dự án ứng dụng công nghệ CCUS đầu tiên trên thế giới, triển khai từ năm 2014. Sau hai năm triển khai, tổng kinh phí thực hiện dự án lên tới 1,5 tỷ đô la Canada. Dự án buộc phải ngừng hoạt động năm 2016 do chi phí cao so với tỷ lệ CO2 thu giữ được.

Dự án FutureGen tại nhà máy nhiệt điện than ở hạt Morgan, bang Illinois, Mỹ cũng ngừng hoạt động năm 2015 sau vài năm triển khai. Trước đó, năm 2010, chính phủ liên bang Mỹ cam kết rót cho dự án này 1 tỷ đô la Mỹ với mục đích thử nghiệm công nghệ thu và lưu giữ CO2. Một dự án thí điểm công nghệ sạch CCUS khác được triển khai tại bang Texas, Mỹ cũng phải ngừng hoạt động năm 2016 vì không đạt được những mục tiêu đặt ra. Ước tính tổng chi phí của dự án này lên tới 4 tỷ đô la Mỹ, dự án này tập trung vào hoạt động khí hoá than trước khi đốt, sau đó dùng CO2 thu giữ được để tăng cường thu hồi dầu.

Bên cạnh những dự án thất bại thì dự án Petra Nova triển khai tại Nhà máy nhiệt điện than tại Thompsons, bang Texas, Mỹ đang cho thấy những tín hiệu khả quan về công nghệ CCUS. Mục tiêu của dự án này là thu và lưu giữ 33% lượng CO2 (tương đương khoảng 1,6 triệu tấn) từ khí thải của nhà máy nhiệt điện than. Công nghệ CCUS tách khí CO2 ra khỏi các loại khí khác sau đó được chuyển vào ống dẫn về mỏ dầu ở phía Tây cách đó 132km để tăng cường thu hồi dầu (EOR). Chi phí vận hành dự án lên tới 1 tỷ đô la Mỹ, tuy nhiên, một phần chi phí này sẽ được bù lại bằng việc bán CO2 cho các nhà khai thác dầu để dùng vào EOR.

Đánh giá về mức độ khả thi của công nghệ CCUS, các nhà nghiên cứu của Tổ chức Năng lượng Quốc tế, Đại học Oxford và Lực lượng đặc nhiệm không khí sạch tin rằng CCUS vẫn còn nhiều triển vọng phát triển. Theo số liệu của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), hiện các dự án thí điểm công nghệ CCUS vẫn tiếp tục được triển khai tại Mỹ (11 dự án), Trung Quốc (3 dự án), vương quốc Anh (3 dự án), Ireland (1 dự án), Hàn Quốc (1 dự án) và Hà Lan (1 dự án). Một nửa trong số 20 dự án này tập trung vào việc thu và lưu trữ CO2 tại các nhà máy nhiệt điện than đã hoạt động hoặc xây dựng mới.

Không chỉ triển khai dự án thí điểm, nhiều quốc gia còn thể hiện quyết tâm phát triển công nghệ CCUS bằng các chính sách hỗ trợ cụ thể. Canada, Trung Quốc, Nhật Bản, Hà Lan, Na Uy, Ả rập Xê-út, vương quốc Anh và Mỹ đều dành một khoản ngân sách đáng kể cho CCUS. Trong đó, vương quốc Anh cam kết đầu tư 995 triệu đô la Mỹ để xây dựng hạ tầng cho công nghệ CCUS. Mỹ dành khoảng 1 tỷ đô la Mỹ mỗi năm cho công tác nghiên cứu và phát triển công nghệ CCUS.

Tài liệu tham khảo:

Energy Education. (2020). Coal fired power plant.

Forbes. (2020). Global coal consumption is being driven by developing countries.

Hepburn et al. (2019). The technological and economic prospects for CO2 utilization and removal, Nature, 575, p87–97.

IEA. (2019). Transforming Industry through CCUS

IEA. (2019). Global Energy & CO2 Status Report 2019.

IEA. (2020). CCUS in Power.

IEA. (2020). Coal.

IEEFA. (2020). Sweden becomes third European country to complete coal plant phaseout.

Inside Energy. (2016). Clean Coal: Fact Or Fiction?

The Diplomat. (2020). Japan Promotes ‘Clean’ Coal in the Battle Against Climate Change.

World Coal Association. (2020). Coal & electricity.

World Coal Association. (2020). Carbon capture, use and storage.

World Nuclear Association. (2020). 'Clean Coal' Technologies, Carbon Capture & Sequestration

Trích nguồn:
Tác giả: La Hoàn
  Email    In


 

Bình luận

Mã xác nhận:
Nhập mã xác nhận:
 

Số lượt truy cập : 1097202