Powering Planet Earth:
Energy Solutions for the Future
by Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani, Nick Serpone
Chapter 12: Energy USA – Chương 12: Năng lượng tại Mỹ (Phần 2)
Than đá – Cung và cầu
Nguồn than trong nước là nguồn cung cấp năng lượng chính ở Mỹ từ năm 1885-1951, với sự cạnh tranh của dầu thô và khí tự nhiên trong giai đoạn 1952-1982. Than dành vị trí hàng đầu trong các nguồn năng lượng nội địa vào năm 1982 và sau đó một lần nữa lại vào năm 1984, vẫn duy trì vị trí hàng đầu từ đó đến nay. Mỹ kỳ vọng về sự tự cung tự cấp nguồn năng lượng này và dự kiến sẽ kéo dài ít nhất vài trăm năm nữa.
Xu hướng sản xuất và tiêu thụ than tại Mỹ ngày càng tăng kể từ những năm 1950, và gần gấp ba lần vào năm 2006, một phần là do sự tăng gấp đôi dân số trong giai đoạn này ở Mỹ (Hình 41). Mức tiêu thụ tính trên đầu người đã giảm từ năm 1978.
Hình 41: Sản xuất và tiêu thụ than của Mỹ kể từ 1949 (tỷ tấn thiếu*). Nguồn số liệu: Annual Energy Review of October 19, 2011 – United States Energy Information Administration.
* Chú thích: Tấn thiếu (tiếng Anh: short ton) là một đơn vị khối lượng bằng 2000 pounds, tức 907.18474 kg, được sử dụng chủ yếu ở Hoa Kỳ. Ở Hoa Kỳ, từ này thông thường gọi đơn giản là ton (tấn), rất dễ nhầm với các đơn vị khác là tonne (tiếng Anh Anh, tức “tấn” bằng 1000 kg theo hệ SI), hay long ton (2240 pound tức 1016.0469088 kg) -ND.
Điện từ than đá chiếm khoảng 45% trong số các nguồn cung cấp điện năm 2009 (Hình 42), và sản xuất điện chiếm hơn 90% trong tổng số tiêu dùng than đá nội địa mà đã được mua tại Mỹ. Để phục vụ cho mục đích này, nước Mỹ đốt gần 1 tỷ tấn than mỗi năm cho các nhà máy nhiệt điện chạy bằng than đá. Về mặt lịch sử, hơn 90% lượng than tiêu thụ trong năm 2006 đã được đốt để phát điện so với khoảng 19% trước đó vào năm 1950.
Hình 42: Các nguồn cung cấp điện của Mỹ năm 2009 (bởi Daniel Cardenas)
Năm 2009, Mỹ có 1436 đơn vị phát điện bằng than đá với tổng công suất định mức khoảng 339 GW, so với 1024 đơn vị với công suất định mức 278 GW vào năm 2000 – năm mà sản xuất điện bình quân từ than đá là 224.3 GWh. Lượng than tiêu thụ trong năm 2006 là 1.03 tỷ tấn Mỹ (tấn thiếu) , hoặc 0.931 tỷ tấn Anh (tấn thông thường), chiếm 92.3% lượng than sử dụng để phát điện.
Đốt số lượng than đá lớn như vậy đã gây ra mối lo ngại lớn về sự ảnh hưởng tới biến đổi khí hậu của trái đất, bởi vì than đá là nguồn tạo ra khí CO2 lớn nhất. Khí thải từ sản xuất điện chiếm tỷ trọng lớn nhất của khí nhà kính tại Mỹ: 38.9% trong năm 2006, trong khi 31% lượng khí thải CO2 thuộc lĩnh vực giao thông. Mặc dù điện than chỉ chiếm 49% sản lượng điện của Mỹ vào năm 2006, nhưng điện từ than đã phải chịu trách nhiệm về 83% toàn bộ lượng khí thải của năm đó – tuy nhiên, con số này đã không bao gồm các khí nhà kính bổ sung (GHG) từ than đá, bao gồm cả khí mêtan từ các mỏ than, khí thải từ giao thông vận chuyển than đá, các khí thải nhà kính khác (ví dụ, các loại hạt khí quyển hoặc hạt cacbon đen), và lượng khí thải carbon và nitơ oxit (N2O) từ chuyển đổi đất trong trường hợp khai thác mỏ núi (mountain top removal coal mining). Điều này dẫn đến các nhà bảo vệ môi trường kêu gọi một lệnh cấm việc tiêu thụ than đá trừ khi lượng khí thải carbon có thể được cô lập và lưu trữ. Một số người gợi ý rằng công nghệ tốt nhất để cô lập carbon là hãy để than đá ngủ yên trong lòng đất.
Hiện nay, công nghệ điện than sạch tốt nhất ở Mỹ là phương pháp Tích hợp chu trình hợp khí hoá – (Integrated Gasification Combined Cycle – IGCC), với phương pháp khác (như Future Gen) đang được kiểm tra cho mức độ khả thi cho việc cô lập lượng phát thải CO2 dưới lòng đất bởi quá trình IGCC.
Ngoài lượng khí thải CO2, sự đốt than cũng phải chịu trách nhiệm cho việc tạo ra các chất không kém phần ô nhiễm nghiêm trọng khác trong khí quyển và gây nguy hại đến môi trường. Ví dụ, sản phẩm phụ phát ra từ các nhà máy than nhiên liệu có liên quan đến mưa axit – 86 nhà máy điện than với công suất khoảng 107 GW (9.9% tổng công suất điện của Mỹ) phát ra gần 5.4 triệu tấn sulfur dioxide (SO2) trong năm 2006 hay là khoảng 29% lượng khí thải SO2 từ tất cả các nguồn ở Mỹ.
Một chất ô nhiễm độc hại khác thải vào môi trường là thủy ngân (Hg). Theo Bộ Năng lượng Mỹ (United States Department of Energy – USDOE), đốt than phát điện ở Mỹ đã tạo ra khoảng 48 tấn Thủy ngân trong năm 1999, nguồn ô nhiễm thủy ngân lớn nhất tại Mỹ. Trong giai đoạn 1995-1996, con số này chiếm gần 33% của tất cả thủy ngân phát thải vào không khí bởi hoạt động của con người chỉ tính riêng ở Mỹ – ngoài ra, khoảng 13% thủy ngân được thải ra trong quá trình đốt than hỗn hợp trong công nghiệp và sử dụng nồi hơi thương mại, và 0.3%. thủy ngân thải ra từ việc đốt than cho nồi hơi ở khu dân cư. Điều này nâng tổng số ô nhiễm thủy ngân từ đốt than lên 46% trong tổng số thủy ngân tạo ra từ các hoạt động nhân tạo.
Để so sánh, việc đốt than đá trong các nhà máy điện của Trung Quốc thải ra một lượng ước tính 200 tấn Hg năm 1999, chiếm khoảng 38% lượng thủy ngân phát thải do hoạt động nhân tạo tại Trung Quốc (45% được phát ra từ hoạt động luyện kim loại màu không chứa sắt – non-ferrous metals smelting). Việc sử dụng than hoạt tính (một dạng carbon đã qua xử lý với thể tích lỗ nhỏ để tăng bề mặt có ích của quá trình hấp phụ) có thể làm giảm bớt thủy ngân thải ra từ các nhà máy điện.
Khí đốt tự nhiên – Cung và cầu
Sản xuất và tiêu thụ khí đốt tự nhiên tăng gấp bốn lần trong những thập kỷ từ năm 1959 đến năm 1970, đạt khoảng 20 nghìn tỷ feet khối (khoảng 566 tỷ mét khối), sau đó giảm dần ổn định vào năm 1986 (Hình 43). Kể từ đó, Mỹ đã nhập khẩu một số lượng khí đốt tự nhiên ngày càng tăng theo nhu cầu – 90% sản lượng nhập khẩu của Mỹ đã được cung cấp bởi Canada (khoảng 3 tỷ feet khối hay 85 tỷ mét khối).
Hình 43: Sản xuất và tiêu thụ cùng với nhập khẩu ròng khí thiên nhiên (khô) trong giai đoạn 1949-2010. Nguồn số liệu: Cơ quan quản lý Thông tin Năng lượng Mỹ – báo cáo năng lượng hàng năm 2010 (The United States Energy Information Administration – Annual Energy Review 2010).
Tiêu thụ khí đốt tự nhiên trong năm 2008 là khoảng 23.2 triệu triệu (nghìn tỷ) feet khối (660 tỷ mét khối), trong khi sản xuất trong nước là chỉ có 20.6 nghìn tỷ feet khối (580 tỷ m3). Các nguồn cung cấp khí tự nhiên nước ngoài khác đã được vận chuyển bởi tàu chở dầu như LNG (liquefied natural gas – khí tự nhiên hóa lỏng) từ 5 quốc gia khác.
Hình 44 thể hiện nguồn tài nguyên khí đốt tự nhiên ở Mỹ. Trong năm 2007, Texas (30%), Wyoming (10%) , Oklahoma (9%) và New Mexico (8%) là các tiểu bang sản xuất khí đốt lớn nhất – 14% khác đến từ các nước trong Vịnh Mexico. Sự phát triển công nghệ thủy lực đứt gẫy gần đây, cùng với kỹ thuật khoan ngang, đã làm tăng sự chú ý của Mỹ vào khí đá phiến, điều này đã dẫn đến trữ lượng khí tự nhiên lớn hơn, khoảng 35% cao hơn trong năm 2008 so với năm 2006 chủ yếu do khám phá các nguồn khí đá phiến.
Hình 44: Nguồn khí tự nhiên tổng quát theo loại giếng khí tại Mỹ năm 2010. Nguồn số liệu: Cơ quan quản lý thông tin năng lượng Mỹ – Báo cáo năng lượng hàng năm 2010.
Hình 45 minh họa ước tính năm 2010 của Cơ quan quản lý thông tin Năng lượng Mỹ về các nguồn dự trữ tài nguyên khí đốt tự nhiên, mặc dù có thể thấy rằng trong EIA không phải ai cũng đồng ý với đề án lạc quan về nguồn dự trữ này.
Hình 45: Ước tính trữ lượng khí đốt tự nhiên ở Mỹ năm 2010. Nguồn số liệu: Cơ quan quản lý Thông tin Năng lượng Mỹ – Báo cáo Năng lượng hàng năm 2010 (Data source: the United States Energy Information Administration – Annual Energy Review 2010).
Nguồn khí gas đá phiến đã trở thành một nguồn gia tăng nhanh chóng của khí đốt tự nhiên ở Mỹ dẫn đến các công nghệ mới để chiết xuất khí đốt tự nhiên, đã trở thành một mục tiêu và sự thay thế chủ yếu ngăn chặn sự suy giảm của nguồn năng lượng truyền thống thông thường. Thành công về kinh tế của khí gas đá phiến ở Mỹ kể từ năm 2000 đã “xúi giục” Canada khám phá nguồn tài nguyên khí đá phiến (xem Chương 11) – gần đây lợi ích và lãi suất trong khai thác khí đá phiến cũng đã nằm trong dự kiến của Úc và một số nước trong Liên minh châu Âu và châu Á.
Các giếng khí gas đá phiến đã sản xuất 300 tỷ feet khối (8.5 tỷ mét khối) vào năm 1996, tương đương khoảng 1.6% sản lượng khí gas của Mỹ. Đến năm 2006, sản xuất gần như tăng gấp bốn lần đạt tới hàng năm 1100 tỷ feet khối (31 tỷ mét khối) hay 5.9% sản lượng khí của Mỹ. Có 14 990 giếng khí đá phiến ở Mỹ vào năm 2005 – trong năm 2007 có thêm 4185 giếng.
Đến năm 2008, Mỹ sản xuất khí gas đá phiến lên đến 2.02 nghìn tỷ feet khối (57 tỷ m3), tăng 71% so với năm trước, và tăng thêm 54% nữa đạt 3.11 nghìn tỷ feet khối (88 tỷ m3) trong năm 2009. Trữ lượng khí đá phiến đã biết của Mỹ tăng 76% đạt đến 60.6 nghìn tỷ feet khối (1.72 nghìn tỷ m3) vào cuối năm 2009. Trong báo cáo triển vọng năng lượng thường niên năm 2011, Cơ quan Thông tin Năng lượng Mỹ (EIA) đã tăng hơn gấp đôi lượng ước tính trữ lượng khí gas đá phiến có khả năng thu hồi tại Mỹ từ 353 nghìn tỷ feet khối (10 nghìn tỷ m3) lên đến 827 nghìn tỷ feet khối (23.4 nghìn tỷ m3). Sản xuất khí gas đá phiến được dự kiến sẽ gần gấp ba lần từ 14% của tổng sản lượng khí Mỹ trong năm 2009 lên 45% trong năm 2035.
Sự phát triển của khí gas đá phiến được dự kiến sẽ tăng đáng kể an ninh năng lượng của Mỹ và giúp giảm ô nhiễm khí nhà kính.
-Nhà Trắng, Văn phòng Thư ký Báo chí,
ngày 17 tháng 11 năm 2009
(The development of shale gas is expected to significantly increase United States energy security and help reduce greenhouse gas pollution.
-White House, Office of the Press Secretary,
17 November 2009)
Một số người cũng đã đề xuất rằng sự thiết lập nhà máy điện từ than đá có thể được thay thế bằng nhà máy nhiệt điện từ khí gas nhằm làm giảm phát thải khí nhà kính. Điều này cũng có thể được xem là một nguồn năng lượng dự phòng cho năng lượng gió.
Hết phần 2 – Chương 12 (còn tiếp)
Người dịch: Đào Thu Hằng
Biên tập: Phạm Thu Hường
© copyright Zanichelli and Wiley-VCH
Permission granted for translating into Vietnamese and publishing solely on dotchuoinon.com for non-commercial purposes.
Đọt Chuối Non 