Phân tích các tác động đến môi trường của quá trình khai thác, chế biến và sử dụng dầu mỏ và các sản phẩm từ dầu mỏ biện pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường

1 | P a g e
1. Tổng quan về vấn đề năng lượng và nhiên liệu hóa
thạch
Lịch sử đã chứng minh, năng lượng có vai trò quyết định
đến sự phát triển của xã hội loài người. Quốc gia nào giàu có về
năng lượng và tự chủ được năng lượng, quốc gia đó sẽ có điều
kiện rất lợi để phát triển kinh tế.
Nguồn năng lượng hóa thạch là nguồn năng lượng quan
trọng nhất cho đến hiện nay, cung cấp trên 80% năng lượng sơ
cấp của thế giới. Năm 2005, trừ các sinh khối truyền thống,
nhiên liệu hóa thạch được sử dụng nhiều nhất là dầu mỏ (35%),
than đá (25%), khí thiên nhiên (21%).
Tuy nhiên, trữ lượng của các nguồn nhiên liệu hóa thạch là
có hạn. Và vấn đề an ninh năng lượng thế giới đang bị đe dọa
khi chúng ta đang phải đối diện với nguy cơ cạn kiệt nguồn
nhiên liệu này trong tương lai không xa.
Nhiên liệu hóa thạch (fossil fuel) là tên gọi chung cho
những nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch nằm ở trong lớp vỏ
2 | P a g e
Trái Đất, gồm những hợp chất có tỉ lệ các nguyên tố C/H trong
phân tử khác nhau, từ giá trị thấp như methan (CH4) ở thể khí
đến dầu mỏ ở thể lỏng và cuối cùng là đến những khoáng vật
hầu như chỉ chứa carbon là than antracit. Được tạo thành bởi
quá trình phân hủy kỵ khí của các sinh vật chết bị chôn vùi trong
lòng đất dưới áp suất và nhiệt độ cao, qua thời gian lâu dài có
thể đến hàng trăm triệu năm. Nhiên liệu hóa t
hạch là nguồn tài nguyên không tái tạo được.
3 | P a g e
2. Các loại nhiên liệu hóa thạch và tác động môi trường
trong quá trình khai thác, chế biến và sử dụng chúng
2.1.Than đá (coal)

2.1.1 Thế nào là than đá?
Than đá là một loại nhiên liệu hóa thạch, được hình thành
ở các hệ sinh thái đầm lầy, nơi xác thực vật được
nước và bùn lưu giữ không bị oxi hóa và phân hủy bởi sinh
vật (biodegradation).
( /> Hì
nh 2.1: Than đá

2.1.2. Nguồn gốc và quá trình hình thành than đá
- Nguồn gốc: than đá có nguồn gốc từ thực vật.
- Quá trình hình thành:
4 | P a g e
Hình 2.2: Quá trình hình thành than và sơ đồ cấp than
(Nguồn:
/>5 | P a g e
Cách đây hàng trăm triệu năm, các khu rừng rậm trên Trái
Đất bị chôn vùi. Được bùn và nước bao phủ, cây không bị phân
hủy sinh học và oxy hóa. Với điều kiện nhiệt độ và áp suất cao
làm cho thân cây bị cacbon hóa và tạo thành than đá.
Tóm tắt quá trình: chất hữu cơ (thực vật) => peat (than
bùn) => lignite (than nâu)=> sub-bituminous (than mỡ non) =>
bituminuos (than mỡ) => than anthracite. Trong đó, than
anthracite là than cứng nhất và có hàm lượng carbon cao nhất.
2.1.3 Thành phần của than đá
Trong than đá, nguyên tố carbon chiếm phần lớn. Hiện
nay, người ta đã tìn thấy 76 nguyên tố có mặt trong than, chủ
yếu là các nguyên tố C, H, O, N, S. Các nguyên tố có hàm lượng
ít hơn là: Fe, Si, Mg, Ca, Mn, P, K, . Ngoài ra, còn có các
nguyên tố ở dạng vết: selenium, thủy ngân, arsen, cadmium,
Trong quá trình hình thành than, một số nguyên tố kết hợp

với nhau tạo thành khoảng 120 loại khoáng vật, như khoáng
thạch anh, khoáng đất sét, pyrite (FeS
2
), calcite,
6 | P a g e
2.1.4 Trữ lượng than đá trên thế giới
Bảng 2.1: Trữ lượng than trên thế giới
(World energy Council 2010, BP Statistical Review, 2011)
Châu lục Trữ lượng, triệu
tấn
Tỉ lệ, % Tỉ sô R/P,
năm
Bắc Mỹ 245 088 28,5 231
Trung và Nam Mỹ 12 508 1,5 148
Châu Âu và Á – Âu 304 604 35,4 257
Trung Đông và châu Phi 32 895 3,8 127
Châu Á – Thái Bình
Dương
265 843 30,9 57
Toàn cầu 860 938 100 118
( Nguồn: Năng lượng xanh _ Ngô Đăng Nghĩa, trang 38)
Trữ lượng than đá hiện nay trên thế giới ước tính khoảng
860 triệu tấn và có mặt trên 100 quốc gia, nhiều nhất là Hoa Kì
(22%), tiếp đến là Nga và Trung Quốc.
Tỉ số trữ lượng trên sản lượng, R/P ( Reserved-to-
production ratio) cho ta biết thời gian khai thác còn lại của
nguồn lợi đó nếu tiếp tục khai thác chúng với tốc độ hiện tại.
Như vậy, con người chỉ có thể khác thác than trong vòng hơn
một thế kỉ nữa (118 năm).
7 | P a g e

Tổng lượng tiêu thụ than trên thế giới khoảng 6,75 tỉ tấn
vào năm 2006 và ước tình tăng đến 9,98 tỉ tấn vào năm 2030.
Theo Hội đồng Năng lượng quốc tế WEC năm 2010, sản
lượng than của Việt Nam là 150 triệu tấn (chủ yếu là than
antraxit), thấp hơn rất nhiều so với các báo cáo trước đó. Như
vậy, với các dự án nhà máy nhiệt điện than hiện nay thì đến năm
2020 nước ta sẽ phải nhập khẩu than để đảm bảo nhu cầu tiêu
thụ trong nước.
2.1.5 Vai trò của than đá
Than đá được sử dụng rất phổ biến trong đời sống và sản
xuất. Trước đây, than dùng làm nhiên liệu cho máy hơi
nước, đầu máy xe lửa và sưởi ấm. than đá được sử dụng phổ
biến khi động cơ máy hơi nước ra đời.
Ngày nay, than đá chủ yếu dùng làm nhiên liệu để sản xuất
điện, luyện kim, và các ngành công nghiệp khác. Khoảng 40%
năng lượng điện trên thế giới được sản xuất từ than đá. Ngoài ra,
chúng còn được ứng dụng rộng rãi trong ngành hóa học như:
dược phẩm, chất dẻo, sợi nhân tạo, phân bón,… Ngoài ra, do có
8 | P a g e
tính chất hấp phụ các chất độc, than còn được sử dụng để chế
tạo mặt nạ phòng độc, lọc nước,…
2.1.6 Tác động môi trường của việc sử dụng than đá
Quá trình khai thác và chế biến than có ảnh hưởng rất lớn
đối với hệ sinh thái và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng
đặc biệt là nguồn nước.
Việc đốt than gây ra rất nhiều tác động xấu đến môi
trường. Sản phẩm của quá trình đốt than rất phức tạp, bao gồm
phần rắn và phần bay hơi (chủ yếu là CO2). VD: Khoáng pyrite
(FeS
2

) khi cháy tách ra thành lưu huỳnh và sắt, sắt kết hợp với
oxygen thành oxide sắt nằm ở phần rắn, còn lưu huỳnh khi kết
hợp với oxygen thành SO
x
bay vào khí quyển.Một số nguyên tố
như selenium, thủy ngân, cũng bay hơi theo sản phẩm cháy.
Ngoài ra, còn có một lượng tro bụi cũng bay vào khí quyển.
Khi dùng than làm nhiên liệu cho nhà máy nhiệt điện, mỗi
kg than khi đốt cháy, ta thu được khoảng 2 kWh điện, với hiệu
suất suất rất thấp khoảng 30 - 40%. Về mặt môi trường, mỗi kg
than thương mại (có hàm lượng carbon ít nhất 70%), sinh ra
9 | P a g e
2,93 kg khí carbonic. Như vậy, mỗi kWh điện sản xuất ra tương
ứng với sự phát thải 1,47 kg khí carbonic. Điều này chứng tỏ
than đá là nguồn thải khí CO
2
lớn nhất, là nguyên nhân hàng đầu
gây nên hiện tượng nóng lên toàn cầu.
Ngoài ra, khi than bị đốt cháy sẽ sinh ra hàm lượng lớn khí
SOx, NOx, là nguyên nhân gây mưa acid.
Hình 2.3: Quá trình hình thành mưa acid
( />vChBasicsCondensedLect.pdf)
10 | P a g e
- Tro bụi từ quá trình đốt than cũng là nguồn gây ô nhiễm không
khí nghiêm trọng
Hình 2.4: Ô nhiễm không khí do đốt than ở
Trung Quốc
( />truong/tham-hoa/47402_than-da-ke-tan-pha-
moi-truong-lon-nhat.aspx)
2.2. Dầu mỏ (petroleum)

2.2.1 Thế nào là dầu mỏ?
Dầu mỏ là hỗn hợp các hydrocarbon với phân tử lượng khác
nhau cùng với các hợp chất hữu cơ khác.
Là một chất lỏng sánh đặc, có màu nâu hoặc ngã lục.
11 | P a g e


Hình 2.5: Dầu thô Việt Nam
2.2.2 Nguồn gốc và quá trình hình thành dầu mỏ
Hình 2.6: Quá trình hình thành dầu mỏ
( />print.html)
Có nhiều giả thuyết được đưa ra để giải thích sự hình
12 | P a g e
thành dầu mỏ, nhưng giả thuyết phổ biến và được đông đảo các
nhà khoa học đồng thuận là thuyết sinh vật học (thuyết nguồn
gốc hữu cơ).
Theo lý thuyết này, dầu mỏ được tạo thành từ các vật liệu
còn sót lại sau quá trình phân rã xác các động vật và tảo biển
nhỏ thời tiền sử trong các đại dương, dần dần lắng đọng tạo nên
một lớp vật chất hữu cơ. Lớp vật chất hữu cơ này bị chôn sâu
dưới lớp trầm tích dày trải qua hàng chục, hàng trăm triệu năm
dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất được chuyển hóa thành
các hydrocarbon, là tiền thân của dầu.
Dầu được sinh ra rải rác trong các lớp đá trầm tích, nhưng
phải tìm nơi "trú ẩn" bằng cách "di cư" qua các tầng đá. Chúng
xâm nhập lên phía trên thông qua các lớp đá ngay sát đó cho tới
khi chúng bị rơi vào "bẫy dầu" bên dưới những tảng đá không
thể ngấm qua. Bẫy dầu là những khối đá rỗng xốp, dầu có thể
vào được mà không ra được do có tầng đá chắn hoặc nút muối.
Sự tập trung dầu bên trong một bẫy dầu hình thành nên một

giếng dầu, từ đó dầu lỏng có thể được khai thác bằng cách
13 | P a g e
khoan và bơm.
2.2.3 Thành phần của dầu mỏ
Dầu mỏ là hỗn hợp của nhiều hydrocabon: alkan
(paraffin), cycloalkan và các hydrocarbon vòng thơm. Ngoài ra
còn có nitrogen, oxygen, lưu huỳnh,… Hàm lượng carbon
(>80%), hydrogen (10 – 14%), lưu huỳnh (0,05 – 6%),….
Các thành phần hóa học của dầu mỏ được chia tách bằng
phương pháp chưng cất phân đoạn.
Hình 2.7: Quá trình chưng cất phân đoạn dầu mỏ
(Năng lượng xanh _ Ngô Đăng Nghĩa, trang 43)
14 | P a g e
2.2.4 Trữ lượng và nhu cầu dầu mỏ
Bảng 2.2: Trữ lượng xác minh dầu mỏ trên thế giới
(Theo BP Statistical Review of World Energy, June 2010)
Châu lục
Trữ
lượng, tỉ
tấn
Tỉ lệ so
với toàn
cầu, %
Tỉ số R/P
, năm
Tỉ lệ sản
lượng so
với toàn
cầu, %
Bắc Mỹ 10,3 5,4 14,8 16,6

Nam và Trung Mỹ 34,3 17,3 93,9 8,9
Châu Âu và Á - Âu 19 10,1 21,7 21,8
Trung Đông 101,8 54,4 81,9 30,3
Châu Phi 17,4 9,5 35,8 12,2
Châu Á - Thái Bình
Dương
6 3,3 14,8 10,2
Toàn cầu 188,8 100 46,2 100
( Nguồn: Năng lượng xanh _ Ngô Đăng Nghĩa, trang 48)
Theo BP, trữ lượng dầu Việt Nam là 0,6 tỉ tấn, chiếm 0,3%
toàn cầu và có tỉ số R/P là 32,6 năm.
Nhu cầu tiêu thụ dầu mỏ có xu hướng tăng dần, năm 2008
15 | P a g e
là 88,6 triệu thùng/ngày, năm 2012 là 89,9 triệu thùng. Nhu cầu
lớn nhất là Bắc Mỹ, châu Âu, Trung Quốc,…
2.2.5 Vai trò của dầu mỏ
Dầu mỏ có vai trò rất quan trọng trong đời sống hiện nay,
là loại nhiên liệu hóa thạch được sử dụng phổ biến nhất.
Dầu mỏ được sử dụng chủ yếu để sản xuất nhiên liệu và
cung cấp cho ngành công nghiệp hóa dầu. Trước đây, dầu mỏ
còn được dùng để sản xuất điện.
Những ứng dụng thường gặp của dầu mỏ là: làm nhiên liệu
cho các phương tiện giao thông, nhựa đường, chất dẻo, sợi vải
tổng hợp, thuốc (aspirin, ), tấm pin mặt trời, mỹ phẩm, sáp
màu, kẹo cao su,….
16 | P a g e
Hình 2.8: Một số ứng dụng của dầu mỏ trong đời sống (Nguồn:
Internet)
2.2.6 Tác động môi trường trong quá trình khai thác, chế biến
và sử dụng dầu mỏ và các sản phẩm từ dầu mỏ

Việc khai thác và vận chuyển dầu tiềm ẩn nhiều nguy cơ
như tràn dầu do chìm tàu, rò rỉ đường ống, gây ô nhiễm
nghiêm trọng đến biển và bờ biển, ảnh hường lớn đến nguồn lợi
thủy sản và nguy hại đến sức khỏe con người. Đặc biệt dầu có
thể thấm vào đất gây ô nhiễm nước ngầm.
Hình 2.9: Thảm họa tràn dầu Deepwater Horizon ở vịnh Mexico
(2010)
17 | P a g e
(Nguồn: />hoa/32701_vinh-mexico-mot-nam-sau-tham-hoa-tran-dau.aspx)
Quá trình đốt cháy nhiên liệu từ dầu mỏ trong các động cơ
đốt trong sẽ cho ra khí CO2, H2O, N2. Tuy nhiên, do động cơ
không hoàn hảo, khí thải sẽ chứa nhiều nhiên liệu chưa cháy là
hydrocarbon, sản phẩm của quá trình cháy không hoàn toàn là
CO, sản phẩm của nhiệt độ và áp suất cao trong buồng đốt là các
hợp chất chứa N là NOx, cũng CO2 và hơi nước. Khí CO2 gây
hiệu ứng nhà kính, còn các hợp chất CO, NOx là các chất khí
gây nguy hại cho con người.
+ Tác hại của NOx
Trong tầng đối lưu, dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời,
NOx có thể phản ứng tạo thành khi O3 ở gần mặt đất.
NO2 + hv => NO + O
O + O2 + M => O3 + M
18 | P a g e
Ozone đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thu bức xạ
có hại từ mặt trời nhưng khi ở tầng đối lưu lại chất có hại: là khí
nhà kính, ảnh hưởng đến sức khỏe con người,
Ngoài ra, khí NOx có thể kết hợp với các hợp chất hữu cơ
trong không khí tạo ra aldehyde , PAN gây sương mù quang
hóa.
NO2 + VOC => products such as PAN

O3 + VOCs => aldehydes and free radicals
NOx cũng là nguyên nhân gây ra các trận mưa acid
+ Tác hại của CO
Quá trình đốt cháy không hoàn hoàn sẽ sinh ra CO
2C18H18 + 17O2 => 16CO + 18H2O
CO có ảnh hưởng rất lớn đối với sức khỏe con người, làm giảm
khả năng hấp thụ oxy của hồng cầu. Ngoài ra, CO cũng góp
phần vào việc tạo khí O3
CO + 2O2 + hv => CO2 + O3
19 | P a g e
2.3 Khí thiên nhiên
2.3.1 Khí thiên nhiên là gì?
Khí thiên nhiên là hỗn hợp chất khí cháy được, bao gồm phần
lớn là các hydrocarbon.
Khí thiên nhiên có thể nằm chung trong mỏ dầu hay hòa tan một
phần trong dầu (khí đồng hành) hoặc nằm trong một mỏ khí
riêng.
2.3.2 Nguồn gốc và quá trình hình thành
- Nguồn gốc: Khí thiên nhiên có nguồn gốc từ dầu mỏ
- Quá trình hình thành: Dầu mỏ ban đầu là hỗn hợp của các
hydrocarbon có phân tử lượng lớn, mạch carbon chứa từ 30 - 40
nguyên tử carbon, khi chìm sâu trong lòng đất với áp suất lớn và
nhiệt độ tăng, các phân tử bị cắt mạch thành các phân tử nhỏ
hơn. Do dó các mỏ dầu nằm càng sâu thì dầu càng ít và khí càng
nhiều hơn. Cuối cùng, khi tất cả dầu bị phân cắt thành các phân
tử nhỏ, ta có các mỏ khí hoàn toàn.
20 | P a g e
Hình 2.10: Quá trình hình thành khí thiên nhiên
(Nguồn:
/>ml)

2.3.3 Thành phần của khí thiên nhiên
Mặc dầu methan là thành phần chính, nhưng trong khí
thiên nhiên còn có các hydrocarbon nhẹ khác là ethan, propan,
21 | P a g e
butan, pentan với thành phần giảm dần theo số C trong phân tử.
Khí thiên nhiên cũng chứa những cấu tử không hydrocarbon.
Bảng 2.3: Thành phần điển hình của các khí thiên nhiên
Methan (CH4) 70 - 90%
Ethan (C2H6), Propan (C3H8),
Butan (C4H10), Pentan (C5H12)
Tổng các khí: 0 - 20%
Carbon dioxide (CO2) 0 - 8%
Oxy (O2) 0 - 0,2%
Nitơ (N2) 0 - 5%
Hydro sulfide 0 - 5%
Các khí trơ (Ar, He, Ne, Xe) Vết
(Năng lượng cho thế kỷ 21_Những thách thức và hành động,
Hồ Sĩ Thoảng – Trần Mạnh Trí, trang 47)
2.3.4 Trữ lượng và nhu cầu
Bảng 2.4: Trữ lượng xác minh của khí thiên nhiên trên thế giới
(Theo BP Statistical Review of World Energy, June 2010)
Châu lục Trữ lượng,
ngàn tỉ mét
Tỉ lệ so
với toàn
Tỉ số Trữ lượng/ sản
lượng, R/P ratio,
22 | P a g e
khối cầu, % năm
Bắc Mỹ 9,9 5,3 12

Nam và Trung Mỹ 7,4 4 45,9
Châu Âu và Á - Âu 63,1 33,7 60,5
Trung Đông 75,8 40,5 >100
Châu Phi 14,7 7,9 70,5
Châu Á - Thái Bình
Dương
16,2 8,7 32,8
Toàn cầu 187 100 58,6
2.3.5 Vai trò của khí thiên nhiên
Trước đây, khí đồng hành hay bị đốt bỏ vì không có
phương tiện vận chuyển, tồn trữ hoặc do không có lợi về mặt
kinh tế.
Ngày nay, khí thiên nhiên được dùng làm nhiên liệu cho
các nhà máy điện, trong các ngành công nghiệp và trong dân
dụng (đun nấu, sưởi ấm,…)
Khí thiên nhiên có thể được vận chuyển bằng đường ống
xa hàng ngàn kilômet. Tuy vậy, trước khi vận chuyển ở áp suất
23 | P a g e
cao, người ta phải tách các khí có phân tử lớn là propan, butan
ra khỏi hỗn hợp khí để tránh ngưng tụ các khí đó trong đường
ống, chỉ còn lại methan và ethan. Các khí tách ra được hóa lỏng
được bán dưới dạng lỏng cũng để làm khí đốt.
2.3.6 Tác động môi trường của khí thiên nhiên
Khi khai thác dầu mỏ, khí đồng hành thường được đốt trực
tiếp ngay tại giàn khoan, gây phát thải khí CO
2
rất trầm trọng và
vô ích.
Các sự cố rò rỉ đường ống dẫn khí có thể gây hậu quả
nghiêm trọng.

Khí thiên nhiên khi cháy, tạo ra CO
2
gây hiệu ứng nhà kính
nhưng so với than đá và dầu mỏ thì đây là nguồn ít gây ô nhiễm
nhất.
24 | P a g e
3. Những biện pháp giảm thiểu ô nhiễm _ Những nguồn
năng lượng mới
Biện pháp sơ đẳng nhất là giảm lượng NLHT sử dụng
nhưng không làm tổn hại đến sự phát triển kinh tế của thế giới,
bằng cách:
- Áp dụng những kỹ thuật mới để tăng hiệu suất sử dụng
- Sử dụng các nguồn năng lượng mới để thay thế.
3.1 Áp dụng những kỹ thuật mới để tăng hiệu suất sử dụng
3.1.1 Than đá.
 Tăng hiệu suất nhà máy nhiệt điện.
- Công nghệ trong tương lai phải đáp ứng yêu cầu cơ bản là hiệu
suất cao, thân thiện với môi trường và có chi phí đầu tư hợp lý.
Hiệu suất cao một mặt làm giảm tiêu hao nhiên liệu, mặt khác
làm giảm lượng phát thải các chất ô nhiễm ra môi trường. Vấn
đề môi trường đang đòi hỏi các nhà máy điện đốt than phải áp
dụng các kỹ thuật và thiết bị hạn chế các chất phát thải độc hại
như NOX, SO2, bụi và thu giữ CO2.
25 | P a g e
- Hiện nay, phần lớn các nhà máy nhiệt điện đều dùng kỹ thuật
than phun có hiệu suất khoảng 35% đối với các đơn vị mới xây.
- Lò hơi đốt than phun là công nghệ đã rất phát triển và đang là
nguồn sản xuất điện năng chủ yếu trên thế giới. Than được
nghiền mịn và được đốt cháy trong buồng lửa lò hơi. Nhiệt từ
quá trình đốt cháy sẽ gia nhiệt cho nước và hơi trong các dàn

ống và thiết bị bố trí trong lò hơi. Công nghệ này trong tương lai
vẫn sẽ là một lựa chọn ưu thế cho các nhà máy điện. Hiệu suất
phát điện dự kiến khoảng 50-53% vào năm 2020 và 55% vào
năm 2050.
( />Act=5&CatID=32&NewsID=94&tab=)
- Người ta cũng xây dựng ngày càng nhiều các nhà máy
siêu tới hạn có nhiệt độ nồi hơi 600
0
C dười áp suất 280 bar và
có hiệu suất lên đến 42%.Ở Đan Mạch, các nhà máy chạy
than siêu tới hạn đã đạt đến hiệu suất 50%, do có hiệu suất sử
dụng năng lượng tăng cao, nhiệt tiêu hao và CO
2
thải ra nhờ
đó giảm đi đáng kể.
 Kỹ thuật chuyển than đá sang dạng lỏng.