Vai trò Khoa học Công nghệ trong khai thác và sử dụng tài nguyên năng lượng

Vai trò Khoa học Công nghệ trong khai thác và sử
dụng tài nguyên năng lượng
Giáo viên hướng dẫn:
Nguyễn Thị Phương Loan
Sinh viên:
1. Trần Thị Mỹ Linh
2. Nguyễn Văn Long
3. Nguyễn Thị Nguyệt Minh
4. Vũ Năng Nam


Nội dung
1. Khảo
sát và
thăm dò
tài
nguyên
4. Xử lí
và tái
tạo sản
phẩm
cuối

Vai trò
của khoa
học công
nghệ
trong:

3. Chế
tạo và

sử dụng

2. Khai
thác tài
nguyên


1. Khảo sát và thăm dò
Khoa học công nghệ đóng vai trò tiên quyết trong việc quyết định
thành công hay thất bại của xác định tài nguyên. Khoa học cơ
bản đã nghiên cứu cho dữ liệu về:
•
Hóa học: phân tích mẫu vật, thành phần mẫu vật lấy từ thực địa,
lượng axit-bazơ -> so sánh với tài nguyên đang tìm kiếm.
•
Thổ nhưỡng: tìm hiểu thành phần đất đá, phân loại theo lí hóa và
sinh học -> tiềm năng xuất hiện tại khu vực nghiên cứu.
•
Lí học: nhờ các tính chất vật lí -> chọn phương thức thăm dò,
khảo sát hợp lí.
•
Hải dương học: biết đặc tính chuyên sâu của đại dương, sóng
biển,… -> vị trí khoan thăm dò hợp lí.
•
Toán học: thống kê, phân tích kết quả số liệu thực tế, mô hình
hóa, biểu đồ phân bố tài nguyên năng lượng…
•
Sinh học: biết nguồn gốc phát sinh trầm tích than đá, dầu mỏ
(than, dầu khí hình thành ở giai đoạn địa chất cụ thể với điều kiện
môi trường nhất định đã được tổng kết).

 Nhờ nghiên cứu khoa học cơ bản, xác định được loại tài
nguyên ở từng khu vực trên cơ sở cấu trúc của khu vực đó
-> trước khi khoan thăm dò, biết khu vực tiềm năng về tài
nguyên nhờ các nghiên cứu khoa học đã được công bố.
Ví dụ: Sau khi khoan khảo sát thăm dò mỏ than:
• Dùng phương pháp thống kê -> xác định các vỉa than có
thể khai thác và không khai thác, mô tả các vỉa từ dưới
lên phân theo độ sâu.
• Vỉa có thể khai thác: mô tả chi tiết loại than, chất lượng
than, vị trí, chiều sâu, đặc tính đất đá vách, trụ vỉa than,
đặc điểm các dấu hiệu để nối các vỉa, diện phân bố
chung và diện phân bố công nghiệp của vỉa.


 Năng lượng không tái tạo:
Năng lượng hóa thạch: quan sát, khoan cắt thăm dò địa chất,
địa tầng
•Dùng mũi khoan khoan sâu vào lòng đất -> dữ liệu khoáng sản
oKhoan tay: thuận lợi cho vùng chật hẹp, lầy lội, khó thi công
oKhoan đập cát nhẹ: khoan sâu ≤ 60m trong địa tầng thích hợp
oKhoan guồng xoắn: các mẫu than được lấy qua thân rỗng của lưỡi
khoan -> hướng dẫn sơ bộ về độ sâu, đặc tính địa tầng, giám định
chính xác từng khoảng địa tầng không liên tục
 Ở địa tầng tự chống đỡ được,có thể dùng cần đặc và mũi
khoan thích hợp, mũi khoan được kéo lên mặt đất khi cần
lấy đất đá ra. Sau đó tiến hành lấy mẫu đóng và thí nghiệm
trong lỗ kho
o Khoan xoay máy: sử dụng trong khoan xoay thăm dò khoáng sản

cứng và khoan thăm dò khai thác nước ở công trình quy mô nhỏ


Năng lượng nguyên tử:
Thăm dò trữ lượng các nguyên tố phóng xạ, khả năng khai
thác và sử dụng công nghệ làm giàu các nguyên tố phóng xạ từ quặng.

Năng lượng tái tạo:
•Năng lượng gió:
Đo cường độ gió, thăm dò địa hình để xác định tiềm năng khai
thác.
•Năng lượng thủy triều:
Đo độ lệch năng lượng khi triều lên – xuống; xác định vùng có
độ chênh lệch lớn, có thể tích trữ với lượng nước lớn.
•Năng lượng sóng biển:
Đo độ cao sóng, cường độ sóng -> vùng nào có khả năng khai
thác hợp lí nhất và có lợi nhất.
•Năng lượng địa nhiệt:
Dùng kĩ thuật đo gián tiếp qua bức xạ điện, từ, sóng ánh sáng,
gradien biến thiên theo độ sâu khi khoan thăm dò


•

Năng lượng Mặt Trời: dùng máy quan trắc khí tượng thời tiết đo số
giờ nắng, cường độ nắng, cường độ bức xạ Mặt Trời.

Ví dụ: Ở Việt Nam, sau khi sử dụng máy đo, hệ thống cho kết quả
sau:
Vùng

Giờ  nắng trong năm Cường độ BXMT
Ứng dụng
(kWh/m2, ngày)
Đông Bắc

1600 – 1750

3,3 – 4,1

Trung bình

Tây Bắc

1750 – 1800

4,1 – 4,9

Trung bình

Bắc Trung Bộ

1700 – 2000

4,6 – 5,2

Tốt

Tây Nguyên và Nam 
Trung Bộ

2000 – 2600

4,9 – 5,7

Rất tốt

Nam Bộ

2200 – 2500

4,3 – 4,9

Rất tốt

Trung bình cả nước

1700 – 2500

4,6

Tốt

=> tiềm năng khai thác từng vùng miền, xây dựng các nhà máy
hợp lí, phù hợp từng địa hình.


 Vai trò của khoa học công nghệ:
•
•
•

•
•
•

Đơn giản hóa các quá trình: những nghiên cứu khoa học ->
phát hiện tiềm năng có thẻ có tài nguyên ở từng vùng -> tiến
hành khoan thăm dò với độ chính xác cao.
Tốc độ khảo sát, thăm dò nhanh: công nghệ phát triển tạo ra
máy móc hiện đại, hoạt động tốt, hiệu quả hơn.
Độ chính xác cao: vị trí, cấu trúc, thành phần, tiềm năng khai
thác -> công nghệ hợp lí.
Tự động xử lí số liệu theo mẫu, theo nhu cầu sử dụng của con
người.
Thực hiện được ở những điều kiện khó khăn -> con nguời
không thể trực tiếp tiếp cận -> máy móc thực hiện tự động
hoặc bán tự động.
Tránh gây hại trực tiếp cho con người: do hầu như sử dụng
máy móc.


2. Khai thác tài nguyên
Ứng dụng khoa học công nghệ giúp đẩy nhanh thời gian khai thác,
tận dụng triệt để nguồn tài nguyên, tiết kiệm chi phí đầu tư và tiêu
tốn các loại tài nguyên khác trong quá trình khai thác.
Khai thác than:
•Phương pháp lộ thiên tạo nên lượng đất đá thải lớn, ô nhiễm bụi, ô
nhiễm nước, mất rừng.
•Phương pháp hầm lò làm mất 50% trữ lượng, gây lún đất, ô nhiễm
nước, tiêu hao gỗ chống lò và gây các tai nạn hầm lò.
=> Áp dụng khoa học công nghệ -> phương pháp khai thác than bằng

thủy lực (thích hợp cho các vỉa than chưa được khai thác do chiều dày
và độ dốc lớn) góp phần tận thu tài nguyên than. Phương pháp này khấu
than bằng dòng nước áp lực cao được dẫn tới thiết bị khai thác thủy lực
tại gương nhờ một đường ống áp lực cao.


Áp dụng rộng rãi cho các vỉa than từ dốc thoải đến đứng

Sử dụng màn hình điều khiển từ xa -> không cần công nhân
trực tiếp tại gương, đảm bảo điều kiện làm việc an toàn hơn

Đạt sản lượng cao do ít sử dụng lao động tại gương

Ưu
điểm

Có khả năng xử lý tốt những đứt gãy, uốn nếp
Là phương pháp khai thác an toàn, vì không có các nguồn
gây cháy và bụi than tại gương
Thay thế cho phương pháp khai thác chia lớp không thể
áp dụng để khấu vỉa than siêu dày.Trong một số trường
hợp, các vỉa than mỏng không thể khai thác, có thể khấu
cùng với vỉa than đang khai thác


• Phương pháp khí hóa than:
 Công nghệ khí hóa than ngầm UCG (Underground Coal Gasification):
khí hóa than ở các vỉa than nằm sâu dưới bề mặt đất.
 Qua các lỗ khoan, không khí, O2 hoặc hơi nước -> bơm vào vỉa, đốt
cháy than, cung cấp nhiên liệu cho quá trình cháy ngầm -> sản phẩm

khí (đưa lên mặt đất nhờ giếng riêng).
⇒ Quá trình khai thác than + quá trình chuyển đổi tạo khí tổng hợp.
⇒ Vai trò:
 Xử lí khí tạo ra -> sản xuất nhiên liệu cho nhà máy điện, dầu
diesel, phản lực…
 Khi các nguồn năng lượng khác dần cạn kiệt -> hỗn hợp năng
lượng quan trọng
 Kinh tế trong tiếp cận tài nguyên than không thể khai thác.
Ví dụ: khoáng sàn than quá sâu, chất lượng than thấp hoặc vỉa
than mỏng.
 Tuy nhiên, có thể xảy ra các vấn đề ô nhiễm, sụt lún bề mặt và kiểm
soát vùng đất đá phủ (trong và sau quá trình phản ứng) trong quá
trình khai thác.


 Khai thác dầu mỏ khí đốt:
Công nghệ GPS/GIS nâng cao hiệu quả khai thác và quản lý, các
giải pháp công nghệ không gian đơn giản hóa (thành lập bản đồ
các tài sản cố định như hệ thống đường ống và các đầu nối
đường ống đến sử dụng cho bảo dưỡng), mở rộng và triển khai
các chương trình khắc phục khi có sự cố.
=> Vai trò:
• Quản lí tài nguyên dầu mỏ:
Giảm thiểu tối đa các hậu quả và xác định chính xác vị trí để tạo
giếng khoan.
• Xác định chính xác vị trí để khai thác:
Thăm dò và quản lí nguồn dầu mỏ mà hạn chế tối thiểu ảnh
hưởng có hại với hệ động thực vật.
• Đảm bảo an toàn khi khai thác:
Sự cố xảy ra có thể xác định nhanh chóng những vị trí đường

ống được ưu tiên và những nơi cư trú cần được bảo vệ.
 Giảm rủi ro trong khai thác năng lượng hạt nhân: tìm kiếm vật
liệu thay thế để bảo vệ nhiên liệu hạt nhân (như zircaloy) nhưng
giảm khả năng sinh ra khí H2 gấp 1000 lần - một hợp chất
ceramic có tên silicon carbide (SiC).


 Khai thác tài nguyên năng lượng mặt trời bằng cửa sổ kiểu mới:
Mô hình giới thiệu cơ chế sản sinh điện từ các tấm tập kết năng lượng mặt
trời => nâng cao hiệu suất khai thác năng lượng mặt trời từ các ô cửa sổ.
• Đặt ở gờ khung cửa sổ các miếng “tế bào” năng lượng mặt trời hiệu
điện thế cao. Mỗi phần tử màu sắc hấp thụ năng lượng từ các dải
ánh sáng tương ứng -> truyền năng lượng đến nơi đặt các tế bào
năng lượng mặt trời.
• Các lớp dải màu được bố trí chồng lên nhau -> khai thác triệt để
nguồn ánh sáng.
⇒ Ưu điểm:
o Giảm diện tích bề mặt: các “tế bào” năng lượng mặt trời gắn vào rìa
khung cửa sổ
o Tăng công suất điện: Thiết bị được cấu tạo nhiều lớp tập kết ->cấp
phát khả năng khai thác tối ưu của “tế bào” năng lượng mặt trời trên
mỗi dải sóng ánh sáng.



 Khai thác tài nguyên thủy triều:
• Dùng hồ chưa tạo chênh lệch cột nước tĩnh:
o Năng lượng thu được phụ thuộc vào chênh lệch cột nước tĩnh và lưu
lượng nước qua tuabin.
o Đặc điểm: phải có hồ chứa và lợi dụng quy luật thủy triều lên – xuống

để tạo chênh lệch giữa cột nước tĩnh của khối nước trong hồ - ngoài
biển và dùng tuabin nước để phát điện.
o Ưu điểm: giảm tính không ổn định của thủy triều.
o Nhược điểm: phải xây dựng đập tạo hồ chứa + việc vận hành nhịp
nhàng các van phức tạp.
• Không dùng hồ chứa: ứng dụng công nghệ tuabin diều thủy triều
o Đặc điểm: hoạt động ở dòng chảy có tốc độ 1 - 2,5 m/s, mỗi tuabin có
công suất từ 150 - 180 kW/h, hoạt động ở độ sâu 50-300m, diều có sải
cánh 8 - 14m, mang theo một tuabin phía dưới. Chúng được neo bởi
một dây cáp ở đáy biển.
o Cơ chế: các tuabin được đặt dưới nước, năng lượng của dòng triều làm
quay tuabin -> năng lượng.
o Ưu điểm: không gây ảnh hưởng đến các loài sinh vật biển, giảm thiểu
phát thải hiệu ứng nhà kính.
o Nhược điểm: kinh phí lớn và khó lắp đặt, phụ thuộc vận tốc dòng triều.


 Khai thác tài nguyên sóng biển: 4 loại công nghệ
• Thiết bị Pelamis:
o Hệ thống bao gồm các đoạn ống hình trụ nửa chìm nối với nhau
kiểu bản lề.
o Cơ chế: Sóng biển tác động vào Pelamis, làm quay tuabin của máy
phát điện. Dây cáp ngầm tải điện lên bờ và cung cấp vào lưới điện.
•

Hệ thống phao tiêu:
 Hệ thống phao nổi AquabuOY: Sóng biển tác động vào thiết bị ->
thiết bị chuyển động lên xuống -> xi-lanh chuyển động ->
biến đổi năng lượng động học tạo năng lượng điện sạch.
 Hệ thống phao tiêu AWS: Một xi-lanh dài 35m, rộng 10m chứa

khí nén bên trong -> phao không chìm, nửa trên chuyển động
theo phương thẳng đứng. Sóng biển tạo áp suất trong thiết bị ->
chuyển động bơm -> điện năng.


• Hệ thống Wave - Dragon: sử dụng 1 bệ sàn nổi nằm ở xa bờ
để phát điện từ sóng biển
Cơ chế: 2 tường phản xạ sóng tập trung sóng trào lên bức
tường dốc rồi đổ vào hồ chứa (chứa nước tạm thời,cao hơn
mức nước biển) cột nước tạo ra -> quay tuabin -> phát điện
• Hệ thống OWC: lợi dụng sự dao động của cột nước.
o Cấu tạo: phòng rộng kết cấu ổn định và phần đáy chìm xuống
đáy biển
o Cơ chế: sóng dâng -> không khí trong phòng bị đẩy ra theo 1 lỗ
trống vào tuabin; khi sóng rút, không khí đi qua tuabin theo
hướng ngược lại -> quay tuabin -> điện.
⇒ Vai trò khoa học công nghệ trong khai thác tài nguyên sóng biển:
 Tận dụng nguồn năng lượng sạch có sẵn.
 Giảm thiểu cạn kiệt tài nguyên không tái tạo.
 Giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính.
Tuy nhiên chi phí lắp đặt đắt và phụ thuộc vào sự thay đổi tính chất
vật lí của sóng


3. Chế tạo và sử dụng
 Nghiên cứu, phát minh tạo ra năng lượng sạch, năng lượng thay thế:
• Năng lượng sinh khối:
Nhiên liệu sinh 
khối

Quá trình
hóa nhiệt

Quá trình
trung gian

Sản phẩm
cuối cùng

Đốt cháy

Khí nóng

Hơi 
nước,điện,
nhiệt

Nhiệt 
phân

Khí hóa

Khí có 
năng 
lượng thấp

Động cơ 
đốt trong

Khí có 

năng 
lượng 
trung bình

Nhiên liệu 
khí CH4

Than 

Xăng sinh 
học

Hóa lỏng

Hydrocacbon

Dầu và sản 
phẩm 
chưng cất


• Năng lượng Mặt Trời:
o Nấu ăn:
Chảo thu nhiệt hình parabol thu năng lượng mặt trời -> nhiệt độ rất
cao -> sử dụng để nấu chín thức ăn.
o Vô trùng nước:
Hộp thu năng lượng mặt trời gồm một khung gỗ, phủ màng mỏng
sơn đen, bên trong có một bình nước -> quang năng biến thành
nhiệt -> đun nước đến khoảng 65ºC trong vài chục phút -> vô
trùng.

o Sản xuất hydro:
Lượng điện cần cho quá trình điện phân được lấy từ các nguồn
nhiên liệu hóa thạch -> CO2 phát thải ra môi trường, dùng “tế
bào” năng lượng mặt trời -> không phát thải CO2.
o Máy bay:
Máy bay The Solar Impulse với 12000 tế bào quang điện trên cánh
-> quang năng thành điện năng -> tích trữ trong các bộ pin có
hiệu suất rất cao. Thân máy làm từ sợi carbon, trang bị 4 động
cơ điện để có thể bay được cả ngày.
o Đèn giao thông:
Sử dụng đèn LED thân thiện với môi trường -> không cần sử dụng
dây điện và giảm sử dụng điện năng, mất điện vẫn có thể hoạt


 Áp dụng công nghệ tiết kiệm năng lượng tự động, hiệu quả
• Sử dụng đèn huỳnh quang để tiết kiệm điện.
• Các thiết bị điện tự động bật tắt khi có âm thanh hoặc cảm ứng từ con
người (tia hồng ngoại, nhiệt độ).
 Cải thiện, thay thế hệ thống để giảm sử dụng năng lượng không tái tạo
• Sử dụng pin mặt trời, năng lượng sinh học thay cho xăng dầu:
Ví dụ: Nhiều quốc gia sử dụng hệ thống chiếu sáng đô thị bằng đèn LED hoặc
pin mặt trời.
• Công trình sử dụng hệ thống pin mặt trời -> điện sử dụng tại chỗ, lượng
điện thừa cung cấp cho mạng lưới điện quốc gia.
 Thiết bị tạo năng lượng công suất lớn nhưng tiêu hao ít năng lượng:
Ví dụ:
Năm 1804, đầu máy hơi nước được sử dụng, năng lượng hơi nước tạo
áp suất cao để tạo ra chuyển động được phát minh => xuất hiện phương
tiện vận chuyển nhanh với số lượng lớn.
Năm 1885 phát minh ra động cơ đốt trong -> thiết kế nhỏ hơn, nhanh

hơn, hiệu quả hơn -> phương tiện đi lại cá nhân.
Năm 1941: phát minh động cơ phản lực -> đảo lộn ngành hàng không thế
giới, tốc độ nhanh hơn nhiều so với các động cơ trước.


 Thay đổi mẫu mã, chất lượng hàng hóa theo hướng đa chức
năng, bền đẹp, phù hợp với nhiều đối tượng
Ví dụ:
 Sử dụng polime thay cho kim loại trong con chip, cho pin -> giảm
lượng điện tiêu thụ
 Thiết kế các tòa nhà năng lượng Mặt Trời thụ động
 Sự phát triển của điện thoại di động:
Năm 1973, điện thoại di động đầu tiên xuất hiện: khối lượng 1,3kg,
tính năng đơn giản: nghe – gọi. Hiện nay, điện thoại thông minh
nặng 96g, nhiều tính năng: nghe - gọi, nghe nhạc, chụp ảnh, lướt
web… => phù hợp với nhiều yêu cầu sử dụng -> tiết kiệm năng
lượng, thời gian sử dụng lâu hơn, bền hơn…
 Sản phẩm tạo ra ít tạo ra chất thải hoặc chất thải thân thiện với
môi trường
Túi nilon phân hủy sinh học thay thế túi nilon khó phân hủy trc đây.
 Tận dụng tối đa năng lượng tự nhiên và hiệu quả không gian
Ví dụ:
 Trong thiết kế nhà, sử dụng ≤ 45% cửa kính -> giảm điện năng
tiêu thụ do hiệu ứng nhà kính.
 Thiết kế nhà có hướng đón gió phù hợp -> giảm sử dụng điều hòa
vào mùa hè và không bị lạnh vào mùa đông.


4. Xử lí và tái tạo tài nguyên
Tạo ra năng lượng trong xử lí rác thải

•Sử dụng công nghệ Plasma JMI trong xử lí rác thay chôn rác và đốt rác
thông thường.
•Ưu điểm: cắt giảm diện tích đất sử dụng làm bãi rác, thân thiện với môi
trường, điện + nhiệt lượng từ nhà máy thất thoát dùng để cung cấp cho
các hộ gia đình liền kề.
Nghiên cứu và phát triển khoa học công nghệ sử dụng năng
lượng tự nhiên, năng lượng sinh học trong xử lí rác thải. Chất thải
sau xử lí tạo năng lượng hoặc nguyên liệu cho ngành khác
Năng lượng sinh khối:
oGỗ dưới dạng các phế phẩm khác nhau dược sơ chế và làm nhiên
liệu đốt cho nhà máy phát điện.
oCác phế phẩm từ nông – lâm nghiệp … chứa năng lượng hóa học,
năng lượng mặt trời tích lũy trong thực vật.
oThể rắn, lỏng, khí … được đốt để phóng thích năng lượng.
oỞ dạng lỏng: metanol, etanol dùng trong động cơ đốt trong hoặc biogas
–> nhu cầu sử dụng năng lượng trong gia đình.


Sơ đồ nhà máy điện sử dụng năng lượng
sinh khối


 Công nghệ xử lí rác thải theo hướng tự động hóa, xử lí
nhanh, sử dụng máy móc tránh sự tiếp xúc trực tiếp
của con người và tiết kiệm
Plasma JMI là công nghệ đốt plasma đa hợp – công suất lớn:
• Lò phản ứng “Ống đuốc Plasma” tạo ra giữa các điện cực
và không khí tạo ra khí hóa sản phẩm dạng hơi “nhiên liệu”
(Syngas), tạo xỉ rắn thủy tinh thân thiện môi trường.
• Tái tạo năng lượng: sử dụng khí nhiên liệu được đốt cháy

-> điện -> cung cấp cho “ngọn đuốc Plasma” và phần còn
lại của hệ thống phục vụ nhà máy, phần dư thừa có thể
bán ra ngoài thị trường.


 Khai thác triệt để hiệu quả các phế phẩm, rác thải
• Nguyên liệu đầu vào sau xử lí -> chất thải sơ chế
• Trong sản xuất tạo ra chất thải
• Trong chất thải có chất chỉ thị hậu sản xuất
• Chất thải trong quá trình sử dụng.
⇒ Ứng dụng các phương pháp lí học, hóa học, sinh học…
nhằm thu được tối đa tài nguyên hoặc sản phẩm tái chế để
sử dụng, giảm lượng chất thải, giảm cạn kiệt tài nguyên
Ví dụ:
 Sinh khối có thể được khai thác từ:
 Gỗ mới từ các hoạt động trồng rừng hoặc từ quá trình
làm gỗ.
 Vụ mùa năng lượng
 Chất thải nông nghiệp
 Thức ăn thừa
 Chất thải công nghiệp và phó sản phẩm
 Dùng vi sinh vật trong chất thải sơ chế của khai thác quặng
để làm giàu urani, đồng, photphat,… thay vì sử dụng điện.