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.

Công nghệ sạch giảm thiểu ô nhiễm

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 dioxit - 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.

Mô hình hệ thống CCUS thu, sử dụng và lưu trữ khí CO2. (Ảnh: IOGP)

Mô hình hệ thống CCUS thu, sử dụng và lưu trữ khí CO2. (Ảnh: IOGP)

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 dioxit 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 ozone 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.

Ứng dụng công nghệ CCUS tại nhà máy nhiệt điện than Petra Nova ở Texas, Mỹ đang cho thấy những tín hiệu lạc quan.

Ứng dụng công nghệ CCUS tại nhà máy nhiệt điện than Petra Nova ở Texas, Mỹ đang cho thấy những tín hiệu lạc quan.

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 tỉ 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 tỉ 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.

Nhà máy nhiệt điện than Boundary Dam ở Saskatchewan, Canada là dự án thí điểm công nghệ CCUS đầu tiên trên thế giới.

Nhà máy nhiệt điện than Boundary Dam ở Saskatchewan, Canada là dự án thí điểm công nghệ CCUS đầu tiên trên thế giới.

Năm 2003, Viện Than đá thế giới ước tính chi phí để thu và lưu giữ một tấn carbon lên tới 150-220 USD (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 tỉ đô la Canada. Dự án buộc phải ngừng hoạt động năm 2016 do chi phí cao so với tỉ 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 tỉ USD 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 tỉ 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 132 km để tăng cường thu hồi dầu (EOR). Chi phí vận hành dự án lên tới 1 tỉ USD, 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 USD để xây dựng hạ tầng cho công nghệ CCUS. Mỹ dành khoảng 1 tỉ USD mỗi năm cho công tác nghiên cứu và phát triển công nghệ CCUS.

ThS. La Thị Hoàn Trung tâm Thông tin và Dự báo Kinh tế - Xã hội Quốc gia. / Tạp chí Kinh tế Môi trường

Nguồn: https://kinhtemoitruong.vn/cong-nghe-dien-than-sach-co-kha-thi-20754.html